(57)【要約】      （修正有）【課題】プリプレグ材料のプライを統合するための安全で、効果的および効率的なシステムを提供すること。【解決手段】誘導加熱・締固めシステムは、誘導加熱部材と、締固めローラを有する。誘導加熱部材が選択される周波数の誘導磁場４４０を発生させるように構成され、選択される周波数がプリプレグ材料４０６内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを温度上昇させる。締固めローラが、プリプレグ材料を締固めしながらプリプレグ材料から熱を抽出するように構成および配置される冷却通路４５１を有する。【選択図】図４Ｂ
2019024012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱・締固めシステムであって、前記システムが、
選択される周波数の電磁場を発生させるように構成される誘導加熱部材であって、前記選択される周波数がプリプレグ材料内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを温度上昇させる、誘導加熱部材と、
前記プリプレグ材料を締固めしながら前記プリプレグ材料から熱を抽出するように構成および配置される締固め部材と
を備える、誘導加熱・締固めシステム。
【請求項２】
前記誘導加熱部材が前記締固め内に含有され、前記締固め部材が、前記誘導加熱部材によって発生される電磁場の前記選択される周波数に対して透過性である材料から作られる少なくとも一部分を有し、その結果、前記誘導磁場が、締固めデバイスの前記少なくとも一部分を温度上昇させずに統合される複合プリプレグ材料に当てられ得る、前記誘導加熱部材
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記誘導磁場の加熱効果から前記締固めデバイスの少なくとも１つの反応性部分を保護するために、前記誘導加熱部材によって発生される前記電磁場に対して透過性ではない前記締固めデバイスの少なくとも１つの反応性部分を遮蔽するように配置される少なくとも１つの遮蔽部材
をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記締固め部材が締固めローラである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記締固めローラが、
反対側にある第１および第２の端部分を有するローラアクスルと、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の上で受けられるように構成および配置される円筒形遮蔽物と、
前記遮蔽物の上で受けられるように構成および配置される誘導加熱部材と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の前記第１の端部分の上で受けられる第１の軸受と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の前記第２の端部分の上で受けられる第２の軸受と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の上で受けられて前記第１の軸受と前記第２の軸受に係合される主ローラ支持体であって、その結果、前記主ローラ支持体が前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）に回転可能に結合される、主ローラ支持体と、
前記主ローラ支持体の上で受けられるローラカバーであって、前記ローラカバーが複合プリプレグ材料を締固めするように構成および配置される、ローラカバーと
をさらに備える、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記反対側にある第１の端部分と第２の端部分との間にある円筒形中間部分をさらに有する前記ローラアクスル（ａｘｉｓ）であって、前記第１および第２の端部分が前記中間部分より小さい直径を有する、前記ローラアクスル（ａｘｉｓ）と、
前記ローラアクスル（ａｘｉｓ）の前記中間部分の上で受けられる前記円筒形遮蔽物と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の前記第１の端部分と前記中間部分との間に形成される第１のショルダに係合される前記第１の軸受と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の前記第２の端部分と前記中間部分との間に形成される第２のショルダに係合される前記第２の軸受と、
複数の冷却通路を有する前記主ローラ支持体と
をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記主ローラ支持体内で前記複数の冷却通路を通してガスまたは液体のうちの少なくとも１つのための流れを供給するように構成および配置される冷却デバイス
をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記締固め部材が締固めフットである、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記締固めフットが
スタンプ部材であって、前記スタンプ部材が、少なくとも１つのベース部分と、前記ベース部分の両端部から延在する反対側にある第１の端壁および第２の端壁と、前記ベース部分の両側部から延在する反対側にある第１の側壁および第２の側壁とを有し、前記第１および第２の端壁、前記第１および第２の側壁、ならびに、前記ベース部分が、前記スタンプ部材の内部チャンバを形成する、スタンプ部材と、
前記スタンプ部材の前記ベース部分の底部に結合される係合部材であって、前記係合部材がプリプレグ材料を締固めするように構成および配置される、係合部材と、
前記スタンプ部材の前記内部チャンバ内で受けられる誘導加熱部材と
をさらに備える、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
複数の冷却通路を有する前記第１および第２の側壁と、
シールド部材であって、前記シールド部材が、シールド頂部カバーと、前記シールド頂部カラーから延在するシールド側方部分とを有し、前記シールド側方部分が前記スタンプ部材の前記内部チャンバ内で受けられ、前記シールド頂部カバーが前記スタンプ部材の前記内部チャンバを覆うように構成および配置される、シールド部材と
をさらに備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プリプレグ材料から熱を抽出するための冷却組立体
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記締固め部材を所望されるロケーションに位置決めするように構成および配置される位置決め組立体
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記位置決め組立体を制御するように結合される制御装置
をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御装置が、連続締固めプロセスで前記システムを前記材料の上を通過させるときに前記プリプレグ材料を固まった状態にするために加熱、締固めおよび冷却を制御するようにさらに構成される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
誘導加熱・締固めシステムであって、前記システムが
プリプレグ材料のプライ層を締固めするように構成および配置される締固め部材と、
前記締固め部材内で受けられる誘導加熱部材であって、前記誘導加熱部材が選択される周波数の電磁場を発生させるように構成され、前記選択される周波数が、プリプレグ材料内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを温度上昇させる、誘導加熱部材と、
前記誘導加熱部材によって発生される前記電磁場の前記選択される周波数に対して透過性である材料から作られる少なくとも一部分を有する前記締固め部材であって、その結果、締固めデバイスを温度上昇させずに前記誘導磁場が統合される複合プリプレグ材料に当
てられ得る、前記締固め部材と、
ｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセス中にプリプレグ材料の前記プライ層をコンパクトな構成となるように固めるために前記プリプレグ材料から熱を抽出するように構成および配置される冷却組立体と
を備える、
誘導加熱・締固めシステム。
【請求項１６】
前記冷却組立体が前記締固め部材内にある、請求項１５に記載の誘導加熱・締固めシステム。
【請求項１７】
前記締固め部材が締固めローラおよび締固めフットのうちの１つである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記冷却組立体が少なくとも１つの冷却通路を有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記冷却組立体が受動的な冷却システムおよび能動的な冷却システムのうちの１つである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記締固め部材が締固めローラであり、前記締固めローラが
反対側にある第１および第２の端部分を有するローラアクスル（ａｘｅｌ）と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の上で受けられるように構成および配置される円筒形遮蔽物と、
前記遮蔽物の上で受けられるように構成および配置される誘導加熱部材と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の前記第１の端部分の上で受けられる第１の軸受と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の前記第２の端部分の上で受けられる第２の軸受と、
前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）の上で受けられて前記第１の軸受および前記第２の軸受に係合される主ローラ支持体であって、その結果、前記主ローラ支持体が前記ローラアクスル（ａｘｅｌ）に回転可能に結合される、主ローラ支持体と、
前記主ローラ支持体の上で受けられるローラカバーであって、前記ローラカバーがプリプレグ材料を締固めするように構成および配置される、ローラカバーと
をさらに備える、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２１】
前記主ローラ支持体が複数の冷却通路を有する、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記締固め部材が締固めフットであって、
前記締固めフットが、
スタンプ部材であって、前記スタンプ部材が、ベース部分と、前記ベース部分の両端部から延在する反対側にある第１の端壁および第２の端壁と、前記長方形ベース部分の両側部から延在する反対側にある第１の側壁および第２の側壁とを有し、前記第１および第２の端壁、前記第１および第２の側壁、ならびに、前記ベース部分が、前記スタンプ部材の内部チャンバを形成する、スタンプ部材と、
前記スタンプ部材の前記ベース部分の底部に結合される係合部材であって、前記係合部材がプリプレグ材料を締固めするように構成および配置される、係合部材と、
前記スタンプ部材の前記内部チャンバ内で受けられる誘導加熱部材と
をさらに備える、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項２３】
前記スタンプ部材が複数の冷却通路を有する、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
プリプレグ材料のプライ層を統合する方法であって、前記方法が、
加熱されるエリア内のマトリックスを軟化させるために、少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つの繊維およびマトリックスのエリアを誘導加熱するステップと、
前記少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層を第２のプリプレグ材料のプライ層の上にレイアップするときに前記少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層の前記加熱されるエリアを締固めするステップと
を含む、
方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの第１のプリプレグ材料の層および前記第２のプリプレグ材料のプライ層をコンパクトな状態に固めるために前記加熱されるエリアを締固めしながら前記少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層および前記第２のプリプレグ材料の層から熱を抽出するステップ
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のプリプレグ材料のプライ層の少なくとも一部分を前記少なくとも１つの第２のプリプレグ材料のプライ層の上に自動でレイアップするステップと、
前記第１のプリプレグ材料のプライ層の前記少なくとも一部分内のマトリックスを軟化させるために、前記第１のプリプレグ材料のプライ層の前記少なくとも一部分内の繊維およびマトリックスの少なくとも１つを誘導加熱するステップと、
前記少なくとも１つの第２のプリプレグ材料のプライ層の上で前記第１のプリプレグ材料のプライ層の前記少なくとも一部分を締固めするステップと、
前記プライ層をコンパクトな状態に固めるために締固めするときに前記第１のプリプレグ材料の層の前記少なくとも一部分および前記少なくとも１つの第２のプリプレグ材料のプライ層から熱を抽出するステップと
をさらに含む、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
締固め部材内に収容される誘導加熱器を用いて、前記少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを温度上昇させる所与の周波数の誘導熱を発生させるステップ
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
誘導加熱の加熱効果から前記締固め部材の少なくとも一部の要素を遮蔽するステップ
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層および前記第２のプリプレグ材料の層から熱を抽出するために、前記加熱されるエリアを締固めする締固め部材を冷却するステップ
をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
[0001]複合材料製品は予め充填される（プリプレグ）材料のプライから作られ得る。プリプレグ材料には、熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂またはセラミックマトリックスなどの、マトリックス材料によって囲まれる繊維が含まれる。積層物内に複合ラミネートを形成するために個別のプライ層を一体に統合するにより、しばしば、最終の複合材料製品の品質が左右される。硬化プロセスまたはプレス手段もしくは別の手段などによりさらなる統合が行われる前では、積層中にラミネート内での締固めが不足することにより、ラミネート内の繊維がしわをよせる可能性があり、それにより最終製品の機械的性能が低下し、かつ、最終製品の寸法特性が影響を受ける。統合中、一般に、マトリックス材料を温度上昇させて統合中にプライの適合性を向上させることを目的として、プリプレグ材料のプライに熱が加えられる。複合材料の加熱・統合の通常の手法には、締固め部材の前のエリアに注入するのに高温ガスを使用することと、締固め部材の前の材料の材料を暖めるために赤外線加熱を利用することと、圧延および締固めする前に材料を加熱するためにレーザビームを使用することと、が含まれる。これらの手法の各々で、それらの加熱源のための割り当てスペースおよびそれらの締固め部材のための割り当てスペースが必要となる。これらのシステムの多くはエネルギー集約的および時間集約的であり、または、操作者が近接するときの本質的な安全上の問題がある。
【０００３】
[0002]上述した理由のため、および、本明細書を読んで理解することにより当業者には明らかとなる後で説明される理由のため、当技術分野では、プリプレグ材料のプライを統合するための安全で、効果的および効率的なシステムが必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0003]現在のシステムの上で言及した問題は本発明の実施形態によって対処され、以下の本明細書を読んで研究することにより理解される。以下の概要は限定的ではなく例として提供される。以下の概要は単に読者が本発明の一部の態様を理解するのを補助するために提供される。
【０００５】
[0004]一実施形態では、誘導加熱システムと、締固め部材とを有する誘導加熱・締固めシステムが提供される。誘導加熱部材が、選択される周波数の電磁場を発生させるように構成される。選択される周波数が、プリプレグ材料内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを温度上昇させる。締固め部材が、プリプレグ材料を締固めしながらプリプレグ材料から熱を抽出するように構成および配置される。
【０００６】
[0005]別の実施形態では、別の誘導加熱・締固めシステムが提供される。このシステムが、締固め部材と、誘導加熱部材と、冷却組立体とを有する。締固め部材が、プリプレグ材料のプライ層を締固めするように構成および配置される。誘導加熱部材が締固め部材内で受けられる。誘導加熱部材が、選択される周波数の電磁場を発生させるように構成される。選択される周波数が、プリプレグ材料内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを温度上昇させる。締固め部材が、誘導加熱部材によって発生される電磁場の選択される周波数に対して透過性である材料から作られる少なくとも１つの部分を有し、その結果、締固めデバイスを温度上昇させずに、誘導磁場が統合される複合プリプレグ材料に当てられ得る。冷却組立体が、ｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセス中にプリプレグ材料
のプライ層をコンパクトな構成となるように固めるためにプリプレグ材料から熱を抽出するように構成および配置される。
【０００７】
[0006]別の実施形態では、プリプレグ材料のプライ層を統合する方法が提供される。この方法が、加熱されるエリア内のマトリックスを軟化させるために、少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つの繊維およびマトリックスのエリアを誘導加熱することと、少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層を第２のプリプレグ材料のプライ層の上にレイアップするときに少なくとも１つの第１のプリプレグ材料のプライ層の加熱されるエリアを締固めすることとを含む。
【０００８】
[0007]詳細な説明および以下の図を考慮して考察することにより本発明がより容易に理解され得、別の利点およびその使用がより容易に明白となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0008]本発明の一実施形態の誘導加熱・締固めシステムを示すブロック図である。
【図２】[0009]本発明の一実施形態の別の誘導加熱・締固めシステムを示すブロック図である。
【図３】[0010]本発明の一実施形態のｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセスを示す流れ図である。
【図４Ａ】[0011]図４Ａは、本発明の一実施形態の誘導加熱・締固めシステムを示す側面斜視図である。[0012]図４Ｂは、図４Ａの誘導加熱・締固めシステムの一部分を示す側面図である。
【図４Ｂ】[0011]図４Ａは、本発明の一実施形態の誘導加熱・締固めシステムを示す側面斜視図である。[0012]図４Ｂは、図４Ａの誘導加熱・締固めシステムの一部分を示す側面図である。
【図５Ａ】[0013]本発明の一実施形態の別の誘導加熱・締固めシステムを示す側面斜視図である。
【図５Ｂ】[0014]図５Ａの誘導加熱・締固めシステムを示す側面斜視図である。
【図５Ｃ】[0015]図５Ａの誘導加熱・締固めシステムを示す側面斜視図である。
【図６Ａ】[0016]図４Ａの誘導加熱・締固めシステムで使用される誘導加熱・締固めローラを示す正面図である。
【図６Ｂ】[0017]図６Ａの誘導加熱・締固めローラを示す正面斜視図である。
【図６Ｃ】[0018]図６Ａの誘導加熱・締固めローラを示す正面斜視分解図である。
【図７】[0019]図７Ａは、図５Ａの誘導加熱・締固めシステムで使用される誘導加熱・締固めフット（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｈｅａｔｉｎｇ  ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ  ｆｏｏｔ）を示す側面斜視図である。[0020]図７Ｂは、図７Ａの誘導加熱・締固めフットを示す側面斜視分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0021]慣例に従い、説明される種々の特徴は正確な縮尺で描かれず、本発明に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。図およびテキストの全体を通して同様の参照符号は同様の要素を示す。
【００１１】
[0022]以下の詳細な説明では、以下の詳細な説明の一部を形成する添付図面を参照し、これらの添付図面では、本発明を実施することができる特定の実施形態が例示として示される。これらの実施形態は当業者が本発明を実施することを可能にするために十分に詳細に説明され、また、別の実施形態が利用され得ることおよび本発明の精神および範囲から逸脱することなく変更形態が作られ得ることも理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されず、本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等物のみによって画定される。
【００１２】
[0023]本発明の一部の実施形態の１つの利点は、スペースを節約してパッケージングをより容易にするように比較的コンパクトであるような誘導加熱・締固めシステムを提供することである。パッケージがより密であることにより、オートメーションシステムでの機能の適合性が向上する。本発明の一実施形態では、プリプレグ材料内の導電繊維を加熱するのに誘導加熱が利用され、それによりさらに周囲のマトリックスが溶解または軟化され、それにより、一般に「オンザフライ」または「ｉｎ−ｓｉｔｕ」プロセスとして知られるように、前に配置された１つまたは複数のプライに対して１つのプライをネスト（ｎｅｓｔ）または統合することが可能となる。プリプレグ材料で使用される導電繊維の種類の１つの例は炭素繊維である。炭素繊維は導電性であることから、誘導加熱器組立体によって提供される所与の周波数の交番電磁場の影響下にあるときに温度上昇する。導電繊維に加えて、金属コーティングされる非導電繊維も使用され得る。別の実施形態では、マトリックスは誘導加熱に直接に反応するように構築（ｆｏｒｍｕｌａｔｅ）される。これらの実施形態では、マトリックスには導電粒子が含まれてよい。これらの粒子は、金属、炭素ナノ繊維、ナノフィルタなどであってよい。マトリックスの導電成分が誘導加熱を吸収してプリプレグを軟化させる。別の実施形態では、繊維およびマトリックスの両方が誘導加熱に反応してよい。
【００１３】
[0024]次いで、締固め部材が、ｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセスの一部として、依然として暖かい／高温であるプライを締固めするのに使用される。複数の実施形態の締固め部材は、統合された状態または硬化された状態でラミナまたはラミネートを締固めしながらプリプレグ材料から熱を抽出する。一部の実施形態では、締固め部材は、より高温の材料に対しては、または、プロセス速度を上げるのを可能にするために、強制冷却される。複数の実施形態では、合成材料の方に向けられる誘導磁場の特にいわゆる「視覚」に入る締固め部材の部分は、複合プリプレグ材料を温度上昇させるのに使用される電磁場の選択される周波数の影響を受けない材料から作られる。したがって、一部の実施形態では、締固め部材の少なくとも一部分が、誘導加熱部材によって作られる電磁場の選択される周波数に対して透過性である材料から作られる。さらに、一部の実施形態では、誘導磁場の周波数に対して透過性ではない、締固め部材の少なくとも一部の部分が、誘導磁場から遮蔽される。
【００１４】
[0025]図１が、一実施形態の誘導加熱締固めシステム１００のブロック図を示す。誘導加熱・締固めシステム１００が、締固め部材１１０に結合される位置決め組立体１０６を有する。位置決め組立体１０６が、後でさらに考察するように、プリプレグ材料を基準として締固め部材１１０を位置決めするように構成される。位置決め組立体１０６が制御装置１０２によって制御される。制御装置１０２が誘導加熱・締固めシステム１００の機能を制御する。制御装置１０２がユーザ入力１０４からコマンドを受信する。締固め部材１１０が、後でさらに考察するように、プリプレグ材料のプライを統合するように設計される。締固め部材１１０が、この実施形態では、加熱部材１１２と冷却組立体１１１とを有する。すなわち、この実施形態の締固め部材１１０は、その組立体内に加熱部材１１２と冷却部材１１１とを有する。締固め部材１１０内に加熱部材１１２と冷却部材１１１とを配置することによりコンパクトな組立体が得られる。複数の実施形態では、上で考察したように、加熱部材１１２は、プリプレグ材料内の繊維およびマトリックスを温度上昇させる所与の周波数の電磁場を発生させる誘導加熱部材である。加熱部材１１２は、加熱部材１１２を動作させるためのエネルギー源を提供する電源１０８に電気接続される。一実施形態では、制御装置１０２が、電源１０８からエネルギーを入れるときの電力レベルおよび時間を制御する。上で考察したように、締固め部材１１０は冷却組立体１１１をさらに有する。冷却組立体１１１は、限定しないが、冷却通路またはヒートシンク材料（ｈｅａｔ  ｓｉｎｋ  ｍａｔｅｒｉａｌ）などのように受動的であってよいか（すなわち、外部エネルギー源を必要としない）、または、限定しないが、ファン駆動式システムまたは冷却液圧送システムなどのように能動的な冷却組立体であってもよい。冷却システムが能動
的である場合、制御装置１０２は、一実施形態では、冷却源１０９に接続され、この冷却源１０９がさらに冷却部材１１１内での冷却レベルを管理する。例示の冷却システムを後で説明する。図２が別の誘導加熱・締固めシステム２００を示す。このシステム２００は図１に関連して説明したシステム１００に類似する。しかし、図２の実施形態では、加熱部材１２２が締固め部材１２０の中ではなく締固め部材１２０の近傍に配置される。この実施形態はまた、締固め部材１２０の中ではなく締固め部材１２０の近傍に配置され得る第２の冷却部材１２１の使用を示す。複数の実施形態では、制御装置１０２が、冷却部材１１１および１２１のための冷却媒体を供給するために冷却源１０９を起動させる。複数の実施形態では、冷却部材１１１および１２１ならびに／または加熱部材１１２および１２２が、加熱部材１１２および１２２によって発生される熱の量ならびに冷却部材１１１および１２１に対してなされる冷却量を少なくとも部分的に制御するために制御装置１０２によって使用される１つまたは複数の温度センサを有する。
【００１５】
[0026]図３を参照すると、一実施形態のシステムを実装する方法を説明する、ｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセスの流れ図が示される。プロセスが、ツール表面上に、または、ツール上にレイアップされた少なくとも１つの別のプリプレグ材料のプライ（複数可）の上に、プリプレグ材料の１つまたは複数の層を最初に配置することにより、開始される（３０２）。一実施形態では、層は互いの上で、用途および所望される結果に応じて一度に一回または一度に複数回締固めされてよい。次いで、締固め部材１２０がプリプレグ材料を基準として位置決めされる（３０４）。締固め部材１２０が締固めを開始するための正確な位置にくると、誘導加熱部材１１２が始動する（３０６）。誘導加熱部材１１２は、プリプレグを温度上昇させるためにプリプレグ材料のマトリックスの導電繊維および／または導電成分中の電子を励起するのに、選択される電力、周波数および時間の電磁波を使用する（３０８）。プリプレグ材料が加熱されると、締固め部材が中のプリプレグ材料に係合され、それによりプリプレグ材料が締固めされる（３１０）。締固め部材がプリプレグ材料を締固めするとき、締固め部材がプリプレグ材料から熱も取り去る（３１２）。したがって、締固め部材と共に熱がプリプレグ材料のプライを密にネストまたは統合し、また、締固め部材により熱が抽出されることにより積層状態（すなわち、プロセスで使用される合成材料に応じた部分的な統合状態または完全な統合状態）でラミネートが固められる。締固めの流れ図３００の実施形態では、ここで、プリプレグ材料の最後の１つまたは複数のプライがステップ（３１４）で加えられたかどうかが判断される。最後の１つまたは複数のプライが加えられていない場合（３１４）、ステップ（３０２）で形成ツールの上に前に積層されて締固めされたプライの上にプリプレグ材料の別の１つまたは複数のプライを加えることにより、ステップ（３０２）においてプロセスが継続される。最後の１つまたは複数のプライが加えられている場合（３１４）、プロセスが終了する。複数の実施形態では、プライ層は前に形成されたプライ層を完全に覆うようにｉｎ−ｓｉｔｕプロセスで加えられてよく、または、後のプライ層は所望される結果によっては前に形成されたプライ層の一部のみを覆ってもよい。
【００１６】
[0027]一実施形態の誘導加熱・締固めシステム４００の一実施例が図４Ａに示される。この実施形態は締固めローラ４５０を使用する。さらに、誘導加熱・締固めシステム４００が位置決め保持ヘッド（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｈｏｌｄｉｎｇ  ｈｅａｄ）４０２を有する。位置決め保持ヘッド４０２が、別の位置決めシステムのアーム（図示せず）に結合され得る設置プレート４２０を有する。設置プレート４２０がブラケット組立体４２２に結合される。ブラケット組立体４２２が、位置決め保持ヘッド４０２を所望の向きで位置決めすることを目的として位置決め保持ヘッド４０２を枢動させるのを可能にする枢動接続部４２４を有する。スペーサ４２６がブラケット組立体４２２から延在する。スペーサ４２６が、スペーサ４２６を上方および下方に選択的に移動させる１つまたは複数のアクチュエータ４２７に結合される。保持ブラケット４２８がスペーサ４２６に結合される。保持ブラケット４２８は締固めローラ４５０を保持するように設計される。具体的に
は、保持ブラケット４２８は、第１の保持アーム４２８ａと、離間される第２の保持アーム４２８ｂとを有する。締固めローラ４５０のローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２が、保持ブラケット４２８の第１の保持アーム４２８ａと第２の保持アーム４２８ｂとの間に結合される。図４Ａが、形成ツール４０４の上にレイアップされているプリプレグ材料のプライに係合されている締固めローラ４５０をさらに示す。具体的には、図４Ａは、形成ツール４０４の上にレイアップされている１つまたは複数のプライ層４０６の上で１つまたは複数のプライ層４０６ａを締固めする（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ことを示している。図４Ｂに示される側面図を参照すると、誘導加熱および熱伝達の説明が提示されている。具体的には、図４Ｂは、図６Ｃに関連して後でさらに説明されるように、締固めローラ４５０内に収容される誘導加熱部材によって作られる誘導磁場４４０を示している。誘導磁場４４０が１つまたは複数のプライ層４０６ａを加熱する。締固めローラ４５０がプライ層４０６に係合されるとき、プライ層４０６からの熱４４７が締固めローラ４５０に戻るように抽出され、プライ層がコンパクトな状態で固められる。この実施形態の締固めローラ４５０は、締固めローラ４５０を低温状態に維持するのを補助する冷却通路４５１を有する。図４Ｂは、材料４０６ａの温度を調べて感知するようにおよび制御装置１０２にフィードバックを提供するように配置される温度センサ４２９をさらに示す。第２の誘導温度センサ（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｅｎｓｏｒ）（図示せず）が、締固めローラカバー４５２の温度を測定して制御装置１０２にフィードバックを提供するのに使用され得る。また、図４Ａおよび４Ｂには、ローラ４５０に対して１つまたは複数のプライ層４０６ａを分配して配置するように設計される材料分配部材４２５が示される。材料分配部材４２５は、通常、積層材内で必要に応じて材料を切断し、かつ再開させる能力を有する。
【００１７】
[0028]誘導加熱・締固めシステム５００の別の例示の実施形態が図５Ａに示される。誘導加熱・締固めシステム５００では、締固め部材として、締固めフット５０２（または、締固めシュー（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ  ｓｈｏｅ））が使用される。この実施形態では、締固めフット５０２が保持ブラケット４２８を介して位置決め保持ヘッド４０２に結合される。具体的には、締固めフット５０２は保持ブラケット４２８の第１の保持アーム４２８ａと第２の保持アーム４２８ａとの間に結合される。図５Ａに示されるように、締固めフット５０２は、ツール４０４の上に配置されたプリプレグ材料４０６のプライを締固めするように配置される。この実施形態では、冷却部材が冷却通路５０８ｂを有する。締固めフット５０２内の冷却通路５０８ｂが、プライをコンパクトな状態で固めることを目的として締固めフット５０２によりプリプレグ材料から熱を抽出するのを可能にするために締固めフット５０２を低温状態で維持するのを補助する。締固め部材のローラ・フット構成の実施例のみしか提示されないが、別の構成が使用されてもよく、本発明はローラ・フット構成のみに限定されない。図５Ｂを参照すると、プリプレグ材料４０６に誘導熱５３０を供給するように配置される誘導加熱・締固めシステム５００の図が提示されている。示されるように、この実施形態では、締固めフット５０２が、誘導磁場５３０を形成するときにプリプレグ材料４０６から選択される距離だけ離間される。別の実施形態では、誘導磁場を励起するとき、締固めフットはプリプレグに接触するように既に動作しているかまたは既にプリプレグに接触していてよい。プリプレグ材料４０６が加熱されると、誘導加熱・締固めシステム５００の締固めフット５０２が図５Ｃに示されるようにプリプレグ材料を締固めする。また、図５Ｃには、コンパクトな構成でプリプレグ材料を固めるためにプリプレグ材料４０６から締固めフット５０２内へと抽出される熱５２０が示される。
【００１８】
[0029]さらに、締固めローラ４５０が図６Ａから６Ｃに示される。具体的には、図６Ａが組み立てられた締固めローラ４５０の正面図を示し、図６Ｂが締固めローラ４５０の正面斜視図を示し、図６Ｃが締固めローラ４５０の組み立てられていない分解図を示す。図６Ｃを参照すると、この実施形態の締固めローラ４５０は、円筒形中間部分４６２ａと、反対側にある第１の端部分４６２ｂおよび第２の端部分４６２ｃとを有するローラアクス
ル（ａｘｅｌ）４６２を有する。第１の端部分４６２ｂおよび第２の端部分４６２ｃは中間部分４６２ａより小さい直径を有する。別の実施形態では、一対のスタブシャフトがローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の代わりに使用される。一対のスタブは、ローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の第１の端部分４６２ｂおよび第２の端部分４６２ｃのように機能する。この実施形態では、円筒形遮蔽物４５３がローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の中間部分４６２ａ上で受けられる。遮蔽物４５３が、誘導加熱部材４５８によって発生される電磁波からローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の少なくとも一部分を遮蔽する。一実施形態では、遮蔽物４５３は電磁波遮蔽材料で作られる。例えば、遮蔽材料は、プロセスで使用される周波数に合わせて調整される、銅および／もしくはアルミニウムの薄いシートまたはニッケル含有量が高いフォイルから作られてよい。例えば、周波数が高い場合、より薄いシートが使用される。当業者には既知の別の種類の電磁波遮蔽材料が使用されもてよい。次いで、誘導加熱部材４５８が遮蔽物４５０の上でさらに受けられる。また、電源から誘導加熱部材４５８にエネルギーを供給する一対のリードワイヤ４５７ａおよび４５７ｂが図６Ｃに示される。第１の軸受４５６がローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の第１の端部分４６２ｂ上で受けられる。第１の軸受４５６が、ローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の第１の端部分４６２ｂと中間部分４６２ａとの間に形成されるショルダ４６２ｄに係合される。第２の軸受４６４がローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の第２の端部分４６２ｃ上で受けられる。第２の軸受４６４が、ローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の第２の端部分４６２ｃと中間部分４６２ａとの間に形成される第２のショルダ４６２ｅに係合される。主ローラ支持体（ｍａｉｎ  ｒｏｌｌｅｒ  ｓｕｐｐｏｒｔ）４５４がローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２上で受けられる。主ローラ支持体４５４が第１の軸受４５６および第２の軸受４６４に係合され、その結果、主ローラ支持体４５４がローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２に回転可能に結合される。主ローラ支持体４５４は、この実施形態では、図６Ｂで最も良好に見られるように、複数の冷却通路４５１を有する。さらにこの実施形態では、冷却デバイス４６６がローラアクスル（ａｘｅｌ）４６２の第２の端部分４６２ｃ上に設置される。この実施形態の冷却デバイス４６６は、主ローラ支持体４５４内の複数の冷却通路４５１を通る流体またはガスの流れを供給する。別の実施形態では、受動的な冷却が利用されてよく、冷却デバイス４６６が必要とならなくてよい。ローラカバー４５２が主ローラ支持体４５４上で受けられる。ローラカバー４５２はプリプレグ材料のプライ層を締固めするように設計される。ローラカバー４５２は、固体、または、統合される形状に従う適合性を有する材料（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）であってよい。さらに、一部の実施形態では、ローラカバー４５２は交換されるように設計される。
【００１９】
[0030]締固めフット（または、シュー）５０２を使用する実施形態が図７Ａの組み立てられた側面斜視図および図７Ｂの分解（組み立てられていない）側面斜視図に示される。締固めフット５０２がスタンプ部材５０８を有する。スタンプ部材５０８は、この実施形態では、長方形ベース部分５０７ｅを有する。スタンプ部材５０８は、長方形ベース部分５０７ｅの両端部から延在する反対側にある第１の端壁５０７ａと第２の端壁５０７ｂとをさらに有する。スタンプ部材５０８はまた、長方形ベース部分５０７ｅの両側部から延在する反対側にある第１の側壁５０７ｃと第２の側壁５０７ｄとを有する。第１の端壁５０７ａおよび第２の端壁５０７ｂ、第１の側壁５０７ｃおよび第２の側壁５０７ｄ、ならびに、ベース部分５０７ｅが、スタンプ部材５０８の内部チャンバ５０９を形成する。複数の冷却通路５０８ａおよび５０８ｂがスタンプ部材５０８の第１の側壁５０７ｃおよび第２の側壁５０７ｄを通って延在し、冷却組立体の少なくとも一部を形成する。係合部材５１０（または、係合カバー）がスタンプ部材５０８のベース部分５０７ｅの底部に結合される。係合部分５１０は、固体の表面、または、局部的な外形に対応するような適合性を有する表面（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ  ｓｕｒｆａｃｅ）であってよい。一実施形態では、係合部材５１０は、プリプレグ材料から容易に解放されるように低接着性の材料で覆われる。係合部材５１０は、プリプレグ材料のプライ層に係合されてそのプライ層を締固めするように設計される。誘導加熱部材５０６がスタンプ部材５０８の内部チャンバ５０９内
で受けられる。図７Ｂにはまた、電源から誘導加熱部材５０６に電力を供給するリードワイヤ５１９ａおよび５１９ｂが示される。この実施形態の締固めフット５０２はシールド部材５０４をさらに有する。シールド部材５０４は、シールド頂部カバー５０４ａと、シールド頂部カバー５０４ａから延在するシールド側方延在部分５０４ｂとを有し、それにより、誘導加熱部材５０６を中で受けるための内部チャンバが形成される。シールド側方延在部分５０４ｂはさらにスタンプ部材５０８の内部チャンバ５０９内で受けられる。シールド頂部カバー５０４ａがスタンプ部材５０８の内部チャンバ５０９を覆う。シールドのデザインは、誘導磁場を望まないようなエリアを保護する目的に応じて変化してよく、誘導磁場が集中するような材料をコンパクトにすることを可能にする。したがって、シールド５０４は、誘導加熱部材５０６によって発生される電磁場から別の構成要素を遮蔽するために電磁波遮蔽材料から作られる。別の実施形態では、締固めフット５０２が互いに独立して移動することができるセクションで形成され、それにより、締固めフット５０２がｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセスでプリプレグ材料を横切って動き回ることができるようになる。さらに、別の実施形態では、２つ以上の締固めシュー５０２がｉｎ−ｓｉｔｕ締固めビルドアッププロセスで使用される。また、示される締固めシュー５０２の形状は長方形であるが、締固めシュー５０２は、プリプレグ層を形成される複合構造の所望される形状に従わせるような任意の形状を有してよい。同じことが上で考察した締固めローラ４５０にも当てはまる。
【００２０】
[0031]本明細書で特定の実施形態を示して説明してきたが、示される特定の実施形態に対して、同じ目的を達成するように計算される任意の構成が代用され得ることを当業者であれば認識するであろう。本出願は本発明のいかなる適合および変形も包含することを意図される。したがって、本発明は特許請求の範囲およびその均等物のみによって限定されることを明確に意図される。
【図１】
2019024012.tif 000003
【図２】
2019024012.tif 000004
【図３】
2019024012.tif 000005
【図４Ａ】
2019024012.tif 000006
【図４Ｂ】
2019024012.tif 000007
【図５Ａ】
2019024012.tif 000008
【図５Ｂ】
2019024012.tif 000009
【図５Ｃ】
2019024012.tif 000010
【図６Ａ】
2019024012.tif 000011
【図６Ｂ】
2019024012.tif 000012
【図６Ｃ】
2019024012.tif 000013
【図７】
2019024012.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月28日(2018.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導加熱・締固めシステムであって、前記システムが、形成ツールの表面上にレイアップおよび位置決めされている複合材料を締固めしながら、ｉｎ−ｓｉｔｕで前記複合材料から熱を抽出するように構成および配置される締固めフットを備えており、前記締固めフットが、
前記締固めフット内で受けられる誘導加熱部材であって、前記誘導加熱部材が、選択される周波数の電磁場を発生させるように構成され、前記選択される周波数が、前記複合材料内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つを加熱するためのものであり、前記締固めフットが、前記誘導加熱部材によって発生される前記電磁場の前記選択される周波数に対して透過性である材料を備える少なくとも一部分を有し、前記誘導磁場が、前記締固めフットの前記少なくとも一部分を隔離しながら、前記締固めフットの前記少なくとも一部分を通して、統合される前記複合材料に当てられることが可能になる、誘導加熱部材と、
ｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセス中に前記複合材料のプライ層をコンパクトな構成で提供するように前記複合材料から熱エネルギーを抽出するように構成および配置される冷却組立体とを備える、誘導加熱・締固めシステム。
【請求項２】
前記締固めフットが、前記複合材料に直接係合しそれを締固めるように設計される係合部材をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記誘導加熱部材が前記締固めフット内に含有される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記誘導加熱部材によって発生される前記電磁場に対して透過性ではない前記締固めフットの少なくとも１つの反応性部分を、前記誘導磁場の加熱効果から遮蔽するように位置決めされる少なくとも１つの遮蔽部材をさらに備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記冷却組立体が、主ローラ支持体内で複数の冷却通路を通してガスまたは液体のうちの少なくとも１つのための流れを供給するように構成および配置される冷却デバイスを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記締固めフットが、
スタンプ部材であって、前記スタンプ部材が、少なくとも１つのベース部分と、前記少なくとも１つのベース部分の両端部から延在する反対側にある第１の端壁および第２の端壁と、前記ベース部分の両側部から延在する反対側にある第１の側壁および第２の側壁とを有し、前記第１および第２の端壁、前記第１および第２の側壁、並びに前記ベース部分が、前記スタンプ部材の内部チャンバを形成する、スタンプ部材と、
前記スタンプ部材の前記ベース部分の底部に結合される係合部材であって、前記係合部材が複合材料を締固めするように構成および配置される、係合部材とをさらに備え、前記誘導加熱部材が、前記スタンプ部材の前記内部チャンバ内に受けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１および第２の側壁が複数の冷却通路を有し、シールド部材をさらに備え、前記シールド部材が、シールド頂部カバーと、前記シールド頂部カバーから延在するシールド側方部分とを有し、前記シールド側方部分が、前記スタンプ部材の前記内部チャンバ内で受けられ、前記シールド頂部カバーが前記スタンプ部材の前記内部チャンバを覆うように構成および配置される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記締固めフットを所望されるロケーションに位置決めするように構成および配置される位置決め組立体をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記位置決め組立体を制御するように結合される制御装置をさらに備え、前記制御装置が、連続締固めプロセスで前記システムを前記材料の上を通過させるときに前記複合材料を固まった状態にするために加熱、締固め、および冷却を制御するようにさらに構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
誘導加熱・締固めシステムであって、前記システムが、
複合材料のプライ層を、前記プライ層に直接接触することによって締固めするように構成および配置される締固めフットと、
前記締固めフット内で受けられる誘導加熱部材であって、前記誘導加熱部材が、選択される周波数の電磁場を発生させるように構成され、前記選択される周波数の電磁場が、前記複合材料内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つに熱エネルギーを与えるように構成される、誘導加熱部材と、
前記誘導加熱部材によって発生される前記電磁場の前記選択される周波数に対して透過性である材料から作られる少なくとも一部分を有する前記締固めフットであって、前記締固めフットが、前記締固めフットを通る前記誘導磁場を、前記締固めフットを温度上昇させずに前記締固めフットの一部分を通して、統合される前記複合材料に当てるように構成される、前記締固めフットと、
前記締固めフット内に受けられる冷却組立体であって、前記冷却組立体が、ｉｎ−ｓｉｔｕ締固め・堆積プロセス中に前記複合材料の前記プライ層をコンパクトな構成となるように固めるために前記複合材料から熱エネルギーを抽出するように構成および配置される、冷却組立体と
を備える、誘導加熱・締固めシステム。
【請求項１１】
複合材料のプライ層を統合する方法であって、前記方法が、
締固めフットの誘導加熱部材を用いて加熱されるエリア内のマトリックスを軟化させるために、形成ツールの表面上にレイアップされた少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層内の繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つの繊維およびマトリックスのエリアを誘導加熱するステップと、
前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層を第２の複合材料のプライ層の上にレイアップするときに、前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層に締固めフットを直接係合させることによって、前記締固めフットを用いて前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層の前記加熱されるエリアを締固めするステップと、
前記少なくとも１つの第１の複合材料の層および前記第２の複合材料のプライ層をコンパクトな状態に固めるために前記加熱されるエリアを前記締固めフットで締固めしながら、前記締固めフットの冷却組立体を用いて、前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層および前記第２の複合材料の層から熱エネルギーを抽出するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１の複合材料のプライ層の少なくとも一部分を前記少なくとも１つの第２の複合材料のプライ層の上に自動でレイアップするステップと、
前記第１の複合材料のプライ層の前記少なくとも一部分内のマトリックスを軟化させるために、前記第１の複合材料のプライ層の前記少なくとも一部分内の繊維およびマトリックスの少なくとも１つを誘導加熱するステップと、
前記少なくとも１つの第２の複合材料のプライ層の上で前記第１の複合材料のプライ層の前記少なくとも一部分を締固めするステップと、
前記プライ層をコンパクトな状態に固めるために締固めするときに、前記第１の複合材料の層の前記少なくとも一部分および前記少なくとも１つの第２の複合材料のプライ層から熱エネルギーを抽出するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記締固めフット内に収容される誘導加熱器を用いて、前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層内の前記繊維およびマトリックスのうちの少なくとも１つに熱エネルギーを与える所与の周波数の誘導熱エネルギーを発生させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記誘導熱エネルギーを、前記締固めフットを通して、前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層に当てるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記誘導加熱部材の加熱効果から前記締固めフットの少なくとも一部の要素を遮蔽するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの第１の複合材料のプライ層および前記第２の複合材料の層のプライから前記熱エネルギーを抽出するために、前記加熱されるエリアを締固めする前記締固めフットを冷却するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【外国語明細書】
2019024012000001.pdf