(57)【要約】  複合材部品を脱オートクレーブで硬化させる方法は、一体化された内部及び外部真空チャンバを備える２重真空チャンバアセンブリを使用して行なわれる。
2013514209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材部品を硬化させる装置であって、
硬化中に、部品を硬化治具に押し付けて圧縮することができる硬化治具と、
複合材部品を覆う第１外部真空チャンバを形成する略剛性シュラウドと、
シュラウドに覆われ、かつ複合材部品を覆う第２内部真空チャンバを形成する真空バッグと
を備える装置。
【請求項２】
更に、バッグをシュラウドに固定する手段を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
バッグをシュラウドに固定する手段が接着剤層を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
バッグをシュラウドに固定する手段が、シュラウドとバッグとの間に略真空気密にするシールを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
シュラウド及び治具はそれぞれ、内部及び外部真空チャンバの真空引きを可能にする真空ポートを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
治具が、熱を流入させて治具及び部品を加熱する少なくとも１つの開口部を治具内に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
バッグが、バッグの外周端部を治具に取り付ける磁気手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
脱オートクレーブで未硬化複合材部品を硬化させる装置であって、
うえに未硬化部品が配置される治具と、
未硬化部品を覆う内部及び外部真空チャンバを形成する２重真空チャンバアセンブリと
を備え、アセンブリは、外部真空チャンバを形成する略剛性部分と、内部真空チャンバを形成する略可撓性部分とを含み、可撓性部分は、第１部分の内部に配置され、かつ第１部分に取り付けられる装置。
【請求項９】
可撓性部分は、剛性部分に接着剤により取り付けられ、接着剤は、可撓性部分と剛性部分との間に、かつこれらの外周端部に、略真空気密状態を形成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
治具は、上に部品が配置される前面側と、裏面側とを含み、
治具の裏面側は少なくとも１つの開口部を含み、この開口部を通して暖気を流入させて治具を加熱することができる、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
更に、治具の裏面に取り付けられる熱質量測定装置を備えることにより、治具を通る部品の方向に熱伝達する熱伝導を向上させる、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
複合材部品を硬化させる方法であって、
部品を治具に押圧配置するステップと、
部品の周りを第１及び第２真空引きするステップと、
略継続的に、かつ略一定割合で、部品の温度を事前選択硬化温度に上昇させるステップと、
部品の温度が硬化温度に上昇しているときに、第１真空引きの真空度を低下させるステップと、
事前選択期間に亘って、硬化温度と略等しい温度に、部品の温度を維持するステップと、
事前選択期間に亘って、硬化温度が維持された後に、部品の温度を低下させるステップと
を含む方法。
【請求項１３】
部品を第１及び第２真空引きするステップは、
部品を覆うように、可撓性バッグを配置するステップと、
バッグと治具との間に略真空気密状態を形成するステップと、
バッグから治具の真空ポートを通して、空気を排気するステップと、
バッグ及び部品を覆うように、略剛性シュラウドを配置するステップと、
シュラウドから、シュラウドの真空ポートを通して、空気を排気するステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
部品の周りを第１真空引きするステップでは、バッグとシュラウドとの間に真空気密状態を形成する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
部品を覆うようにバッグを配置するステップでは、磁石を使用して、バッグの外周端部を治具に押圧保持する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
複合材部品を硬化させる方法であって、
部品を治具に押圧配置するステップと、
部品の周りを第１及び第２真空引きするステップと、
略継続的に、事前選択硬化温度に部品の温度を上昇させるステップであって、温度が継続的に上昇しているときに、温度上昇割合を少なくとも１回だけ変化させるステップと、
部品の温度が硬化温度に継続的に上昇しているときに、第１真空引きの真空度を低下させるステップと、
事前選択期間に亘って、硬化温度と略等しい温度に部品の温度を維持するステップと、
硬化温度を事前選択期間に亘って維持した後に、部品の温度を低下させるステップと
を含む方法。
【請求項１７】
第１真空引きの真空度を低下させるステップでは、第２真空引きにより圧縮圧が部品に加わるような真空度に、第１真空引きの真空度を低下させる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
温度を上昇させ、そして割合を変化させるステップは、
第１割合で、第１時間区間に亘って温度を上昇させるステップと、
第１割合よりも低い第２割合で、第２時間区間に亘って温度を上昇させるステップと、
第２割合よりも高い第２割合で、第３時間区間に亘って温度を上昇させるステップと
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
構造の１つの領域を修復するために使用される複合材パッチから、揮発性物質を除去する方法であって、
構造に、かつパッチの周りに、２重真空チャンバアセンブリを密封するステップと、
２重真空チャンバアセンブリを使用して、パッチの周りを第１及び第２真空引きするステップと、
略継続的に、事前選択硬化温度にパッチの温度を上昇させるステップと、
パッチの温度が硬化温度に上昇しているときに、第１真空引きの真空度を低下させるステップと、
揮発性物質をパッチから除去するステップと
を含む方法。
【請求項２０】
略継続的に、かつ略一定の割合でパッチの温度を上昇させる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
パッチの温度を上昇させるステップでは、温度が継続的に上昇しているときに、温度上昇割合を少なくとも１回だけ変化させる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
更に、事前選択期間に亘って、硬化温度と略等しい温度に、パッチの温度を維持するステップと、
硬化温度が事前選択期間に亘って維持された後に、パッチの温度を低下させるステップと
を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
第１真空引きの真空度を低下させるステップでは、第２真空引きにより、圧縮圧がパッチに加わるような真空度に、第１真空引きの真空度を低下させ、
２重真空チャンバを形成するステップでは、可撓性真空バッグの外周端部を略剛性シュラウドの外周端部に密封する
請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
脱オートクレーブで未硬化複合材部品を硬化させる装置であって、
未硬化部品が押圧配置される治具であって、真空ポートを有し、更に、少なくとも１つの開口部を含む治具と、
熱を治具内の開口部に送り込んで、治具及び部品を加熱する熱源と、
部品を覆って配置されて部品を圧縮し、部品から揮発性物質を除去する再利用可能な２重真空チャンバアセンブリと
を備え、２重真空チャンバアセンブリが、
部品を被覆する略剛性外側シュラウドであって、周縁フランジを含み、かつ部品を覆う第１外部真空チャンバを形成する略剛性外側シュラウドと、
シュラウド内を真空引きするためのシュラウド内の真空ポートと、
部品を覆う第２内部真空チャンバを形成する可撓性バッグと、
バッグをシュラウドの周縁フランジに固定し、シュラウドとバッグとの間に略真空気密状態を形成する接着剤層と、
２重真空チャンバアセンブリと治具との間に略真空気密状態を形成するシールと、
バッグの外周端部にシールを固定し、シールとバッグとの間に略真空気密状態を形成する接着剤層と
を含む装置。
【請求項２５】
複合材部品を硬化させる方法であって、
治具に部品を押圧配置するステップと、
部品を覆うように略剛性シュラウドを配置することにより、部品を覆うように第１外部真空チャンバを形成するステップと、
シュラウドの内部の部品を覆うように可撓性バッグを配置することにより、部品を覆うように第２内部真空チャンバを形成するステップと、
略真空気密状態をシュラウドとバッグとの間に形成するステップと、
バッグと治具との間に略真空気密状態を形成するステップと、
第１真空チャンバ内を真空引きするステップと、
第２真空チャンバ内を真空引きするステップと、
治具及び部品が事前選択硬化温度に達するまで、略一定の割合で治具及び部品を加熱するステップと、
治具及び部品を硬化温度に加熱しているときに、第１真空チャンバ内の真空度を低下させるステップと、
事前選択期間に亘って、硬化温度と略等しい温度に、治具及び部品の温度を維持するステップと、
硬化温度を事前選択期間に亘って維持した後に、治具及び部品の温度を低下させるステップと、
第１及び第２真空チャンバ内の真空引きを終了させるステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、複合材部品を形成する装置及び方法に関するものであり、更に具体的には、複合材の２重真空硬化処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オートクレーブは、厳密な寸法公差及び低多孔性を必要とするより高い性能仕様を満たす複合材部品を硬化させるために広く使用されている。複合材をオートクレーブ内で加熱すると、化学反応が生じ、この化学反応によって、樹脂を硬化させるとともに、揮発性物質が複合材の内部に発生し、これらの揮発性物質は、オートクレーブ内の雰囲気に圧力を加えることにより排出される。同様に、プレスクレーブを使用して、複合材を、熱及び圧力を被加熱部品に膨張可能なブラダーを介して加えることにより硬化させることができる。しかしながら、オートクレーブ、プレスクレーブ、及び同様の装置は、これらの装置の高い設備投資コスト、及びこれらの装置が設置及び動作に必要とする作業量に起因して、幾つかの用途への使用には望ましくない。更に、オートクレーブ及びプレスクレーブ硬化処理は、処理することができる部品のサイズによって制限される。
【０００３】
２重真空バッグ（ＤＶＢ）処理を用いて、プリプレグ積層体のような複合材部品を硬化させることもできる。オートクレーブ硬化とは異なり、ＤＶＢ処理は、部品のサイズによって制限されることがない。ＤＶＢプロセスはまた、オートクレーブ処理よりも設備投資コストが少なくて済み、かつオートクレーブ処理または１重真空バッグ（ｓｉｎｇｌｅ  ｖａｃｕｕｍ  ｂａｇ：ＳＶＢ）処理に比べて、硬化後の部品の寸法制御がより厳密に行なわれ、そして機械的性能がより高くなる。
【０００４】
これまでのＤＶＢ装置及び処理方法は、極めて多大な作業量及び時間を要してしまう。ＤＶＢ装置は、内部真空バッグ及び外部真空バッグを備え、これらの真空バッグは、個々に配置し、そして治具台に、手作業で密封する必要がある。これらバッグはそれぞれ、処理を始める前にリークチェックする必要がある。更に、現在のＤＶＢ処理法は、中間低温保持ステップを処理サイクル中に必要とし、この低温保持ステップでは、部品の温度が、部品の温度を所望の硬化温度に徐々に直線的に上昇させるときに、略一定の値に或る期間に亘って保持される。この中間低温保持ステップが付加されて、部品の処理時間全体が長くなる。
【０００５】
従って、複合材部品を硬化させる簡易２重真空硬化装置及び関連する方法が必要になり、この装置及び方法によって、作業コストを低減するとともに処理時間を短くする必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の実施形態は、プリプレグ積層体を、２重真空処理を使用して硬化させる装置及び関連する方法を提供する。当装置は、揮発性物質を除去するために有効であり、かつ寸法公差幅が小さく、機械特性が向上した部品を製造することができる。装置を据え付け、そして部品群を硬化させるために要する時間及び作業量は、略剛性外側シュラウドに永久的に取り付けられる可撓性内部バッグを備える一体型２重真空チャンバアセンブリを使用することにより低減することができる。当装置を使用することにより、部品の温度を硬化温度まで上昇させているときの中間低温保持作業を短くする、または無くすことができるので、処理時間を更に短くすることができる。当方法及び装置を使用して、複合材部品群を元の製造プロセス中に製造することができる、または部品群を、複合材パッチを用いて修復することができる。
【０００７】
１つの本開示の実施形態によれば、複合材部品を硬化させる装置が提供される。装置は、硬化治具を備え、硬化治具に、部品を硬化中に押し付けて圧縮することができる。略剛性シュラウドは、複合材部品を覆う第１外部真空チャンバを形成し、そしてシュラウドに覆われる真空バッグは、複合材部品を覆う第２内部真空チャンバを形成する。バッグをシュラウドに固く固定する手段を設けることができ、手段は接着剤を含むことができる。１つの変形例では、バッグは、バッグの外周端部を治具に取り付ける磁気手段を含むことができる。
【０００８】
別の実施形態によれば、未硬化複合材部品を脱オートクレーブで硬化させる装置が提供され、装置は、未硬化部品を配置することができる配置先の治具と、そして２重真空チャンバアセンブリと、を備える。２重真空チャンバアセンブリは、第１外部真空チャンバを形成する略剛性部分と、そして内部真空チャンバを形成する略可撓性部分と、を含む。真空チャンバアセンブリの可撓性部分は、第１部分の内部に略全体が配置され、そして第１部分に取り付けられる。真空チャンバアセンブリの可撓性部分及び剛性部分の各部分は、チャンバ内を真空引きすることができる真空ポートを含むことができる。治具は、少なくとも１つの開口部を治具内に含むことができ、少なくとも１つの開口部を通して、暖気を流入させて、治具を直接加熱することができる。装置は更に、治具に取り付けられる熱質量測定装置を備えることにより、治具を通る部品の方向に熱伝達する熱伝導を向上させる。
【０００９】
１つの本開示の方法実施形態によれば、複合材部品を硬化させる方法は、部品を治具に配置するステップと、そして部品の周りを第１及び第２真空引きするステップと、を含む。部品の温度を、事前選択硬化温度に略継続的に、かつ略一定割合で上昇させる。第１真空引きの真空度を、部品の温度が硬化温度に上昇しているときに低下させる。方法は更に、部品の温度を硬化温度と略等しい温度に、事前選択期間に亘って維持するステップと、そして部品の温度を、硬化温度が事前選択期間に亘って維持された後に低下させるステップと、を含む。内部チャンバ内の真空度は、温度が硬化温度に継続的に上昇している間だけでなく、温度が硬化温度に維持されている期間に亘って略一定に保持される。第１及び第２真空引きするステップは、可撓性バッグを、部品を覆うように配置し、略真空気密状態をバッグと治具との間に形成し、空気をバッグから治具の真空ポートを通って排気し、略剛性シュラウドを、バッグ及び部品を覆うように配置し、そして空気をシュラウドからシュラウドの真空ポートを通って排気することにより行なうことができる。
【００１０】
更に別の実施形態によれば、複合材部品を硬化させる方法が提供され、方法は、部品を治具に押圧配置するステップと、そして部品の周りを第１及び第２真空引きするステップと、を含む。方法は更に、部品の温度を事前選択硬化温度に略継続的に上昇させるステップであって、ステップにおいて、温度上昇割合を少なくとも１回だけ、温度が継続的に上昇しているときに変化させる、上昇させるステップを含む。方法は更に、第１真空引きの真空度を、部品の温度が硬化温度に継続的に上昇しているときに低下させるステップを含む。部品の温度を硬化温度と略等しい温度に、事前選択期間に亘って維持する。部品の温度を、硬化温度が事前選択期間に亘って維持された後に低下させる。
【００１１】
別の実施形態によれば、構造の１つの領域を修復するために使用される複合材パッチを硬化させ、そして揮発性物質を、複合材パッチから除去する方法が提供される。方法は、２重真空チャンバアセンブリを形成するステップと、そして２重真空チャンバアセンブリを、パッチを覆うように配置するステップと、を含む。２重真空チャンバアセンブリを構造に、かつパッチの周りに密封し、そして２重真空チャンバアセンブリを使用して、パッチの周りを第１及び第２真空引きする。方法は更に、パッチの温度を事前選択硬化温度に略継続的に上昇させるステップと、そして第１真空引きの真空度を、パッチの温度が硬化温度に上昇しているときに低下させるステップと、を含む。パッチの温度を、硬化温度と略等しい温度に事前選択期間に亘って維持し、そして次に、パッチの温度を、硬化温度が事前選択期間に亘って維持された後に低下させる。
【００１２】
本開示の実施形態は、複合材積層体を２重真空状態で硬化させる装置及び関連する方法を提供し、この装置及び関連する方法によって、オートクレーブ処理の必要性を無くすことができ、そして部品ごとの寸法バラツキが小さく、機械特性が向上した部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、１つの実施形態による複合材積層体を２重真空状態で硬化させる装置の断面図を示している。
【図２】図２は、磁気手段を用いて可撓性内部バッグを治具に取り付ける構成の装置の別の形態の断面図を示している。
【図３】図３は、可撓性内部バッグ及び外側シュラウドを一体化して単一アセンブリとする構成の装置の別の実施形態の断面図を示している。
【図４】図４は、開口部を治具に設けて治具による加熱効率を高める構成の装置の別の実施形態の断面図を示している。
【図５】図５は、熱電対を用い、かつ治具に組み込まれる熱源を使用する装置の更に別の実施形態を示している。
【図６】図６は、熱質量測定装置を治具に付加して、部品の方向に熱伝達する熱伝導を向上させる構成の装置の別の実施形態を示している。
【図７】図７は、加熱導管を治具に組み込む構成の装置の別の実施形態の斜視図を示している。
【図８】図８は、複合材積層体を２重真空状態で硬化させる方法のステップ群を示すフロー図を示している。
【図９】図９は、１つのプロセス実施形態による温度と真空圧との関係を経時的に示すグラフを示している。
【図１０】図１０は、別のプロセス実施形態に対応する図９と同様のグラフを示している。
【図１１】図１１は、航空機製造及び整備方法のフロー図を示している。
【図１２】図１２は、航空機のブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、図１を参照するに、２重真空チャンバ装置２０を使用して、複合材部品２２を脱オートクレーブ法で硬化させる。本明細書において使用するように、「ｐａｒｔ（部品）」及び「ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｐａｒｔ（複合材部品）」という用語は、これらの用語の最も広い意味で用いられ、そしてこれらには限定されないが、ほんの少しだけ列挙すると、梁、支持体、パネル、構造部材及び非構造部材、部材及びサブアセンブリのような種々の形態の構造を含む。部品２２は、複数プライのプリプレグ積層体を含むことができ、この積層体は、金属製治具台２６の上に支持される治具２４の上に配置される、または治具２４に押圧配置される。非常に高い剛性の外側シュラウド２８を、当シュラウドの外周端部２７で治具台２６にシール３６により密封することにより、第１の外部真空チャンバ３２を複合材部品２２の上に形成する。１つの実施形態では、シール３６は、再使用可能な弾性シールを含むことができ、この弾性シールは、外側シュラウド２８の外周端部２７に永久的に取り付けられる。外側シュラウド２８は、シュラウド２８をほぼ自己支持型とすることができ、かつ当シュラウド２８の形状を保持することができるために十分高い剛性を持つ金属または複合材のような何れかの適切な材料を含むことができる。シュラウド２８は、シュラウド設置面及びシュラウド断面の両方に関して種々の形状のうちの何れかの形状を持つことができ、この形状は、硬化させる対象の特定の部品２２を被覆するために適する。外側シュラウド２８は、外部真空チャンバ３２を所望の真空度に真空引きするように動作する適切な真空源２５に接続される真空ポート５０を含む。
【００１５】
外側シュラウド２８の内部に収容される可撓性内部真空バッグ３０が更に、部品２２を覆い、そして当真空バッグ３０の外周端部２９で治具台２６に密封されることにより、第２内部真空チャンバ３４を部品２２の上に形成する。バッグ３０は、例えばこれらには限定されないが、従来の１回利用型ナイロンバッグを含むことができ、そしてシール３８は、従来の再利用不能なシーラントとすることができる。別の構成として、バッグ３０は、例えばこれらには限定されないが、弾性材料により形成される再利用可能とすることができ、そしてシール３８は、再利用可能な弾性シールを含むことができる。図１には、図を分り易くするために図示していないが、更に別の材料層を部品２２の上に、かつ可撓性バッグ３０の下に配置することができ、これらの材料層として、これらには限定されないが、セパレータフィルム、ブリーザー、及びカウルプレートを挙げることができる。
【００１６】
治具台２６は、当治具台内に通路４６を含むことができ、この通路４６は、内部真空チャンバ３４に連通する。通路４６は、真空ポート４８を介して真空源３５に接続され、この真空源３５は、内部真空チャンバ３４内を硬化処理中に所望の真空度に真空引きするために使用される。治具台２６は更に、１つ以上のベント開口部４０を当基台内に含むことにより、矢印４２で示す熱を熱源４４から治具２４に向けて直接放熱することができる。別の構成として、装置２０を使用する硬化処理は、オーブン（図示せず）内で行なうことができ、このオーブンを使用して、複合材部品２２を必要な硬化温度に加熱する。
【００１７】
図２は、装置２０の別の実施形態を示しており、この実施形態では、再利用可能なエラストマー内部真空バッグ３０が複合材部品２２を覆っている。バッグ３０は、バッグ３０の外周端部に一体化され、かつ外周端部を取り囲む磁気薄板５２を含むことにより、バッグ３０を金属治具台２６に押圧保持する。バッグ３０は更に、再利用可能な真空シール５４を含み、この真空シール５４はバッグ３０に永久的に接合されて真空気密状態を磁気薄板５２の外部に対して形成し、そして部品２２を取り囲む。バッグ３０、磁気薄板５２、及び再利用可能なシール５４を単一アセンブリに一体化することにより、バッグ３０を部品２２の上で迅速に展開し、そして治具台２６に密封することができる。
【００１８】
次に、図３を参照するに、図３は、装置２０の別の実施形態を示しており、この実施形態では、可撓性内部真空バッグ３０が外側シュラウド２８の外周端部２７に永久的に取り付けられて、外側シュラウド２８及び内部バッグ３０が単一の２重真空チャンバアセンブリ３７を形成し、この２重真空チャンバアセンブリ３７は、治具台２６の上に容易に、かつ迅速に配置することができ、そして治具台２６に密封することにより、部品２２を覆うことができる。外側シュラウド２８、内部バッグ３０、及びシール３６を単一アセンブリ３７に一体化することにより、外側シュラウド２８及び内部バッグ３０を漏れに関して、これらの部材が部品２２の上に取り付けられる前にチェックすることができるので、処理時間を短くすることができる。この例では、再利用可能なシール３６をシュラウド２８の外周端部２７に、内部バッグ３０をシール３６とシュラウド２８との間に挟んだ状態で取り付けることにより、シール３６が、外部及び内部真空チャンバ３２，３４の両方をそれぞれ治具台２６に密封するように機能する。
【００１９】
この場合、種々の実施形態は、元の複合材部品を製造プロセスの一部として製造する処理に関連して説明されているが、２重真空チャンバアセンブリ３７を含む装置だけでなく、開示の方法の種々の構成要素を用いて、部品群または構造群を修復することができることに留意されたい。例えば、種々の実施形態を用いて、複合材パッチ（図示せず）を硬化させ、そして揮発性物質を当パッチから除去することができ、この複合材パッチを使用して航空機外板（図示せず）のような構造の一部を修復することにより、当構造を改善する、または当構造を元の仕様状態に復帰させる。これらの実施形態において修復を行なう場合、２重真空チャンバアセンブリ３７を、これらの図に示すような治具台２６にではなく、当構造の上に配置し、そして当構造に密封することができる。
【００２０】
次に、図４を参照するに、図４は、装置２０の別の実施形態を示しており、この実施形態では、治具台２６に取り付けられる治具２４は、治具２４の裏面５７の開口部５６を形成する略Ｕ字形の断面を含む。開口部５６によって、矢印５８で示す暖気を適切な熱源（図示せず）から取り入れて、治具２４の裏面５７の周りを均一に循環させ、そして裏面５７に直接触れさせることにより、複合材部品２２への熱の伝導を高めることができる。この特定の例では、治具２４は、部品２２を加熱し、そして部品２２の形状を維持する一対の治具面２４ａ，２４ｂを含む。外側シュラウド２８に周縁フランジ２８ａを設け、この周縁フランジ２８ａは、シール３６がぴったり貼り付く表面３９を形成することにより、真空気密状態を外部真空チャンバ３２の周りに形成する。
【００２１】
次に、図５を参照するに、別の形態の装置２０は、略剛性外側シュラウド２８を含み、この外側シュラウド２８に、可撓性内部真空バッグ３０及び再利用可能なシール３６が永久的に取り付けられて、シュラウド２８、バッグ３０、及びシール３６を、部品２２の上に単一アセンブリ３７として取り付け、そして部品２２の上から単一アセンブリ３７として取り外すことができる。この例では、熱電対６０をシュラウド２８に、そして／または治具２４に設けて、部品２２の温度を測定することができる。適切なディスプレイ６２を設けて、熱電対６０で検出される温度を表示することができる。この実施形態では、放熱体、または他の形態の熱源６５を開口部５６内に収容して、治具２４の裏面５７に極めて接近して配置し、そして熱を当裏面に沿って誘導することにより、部品２２への熱伝導の効率を高くし、そして部品２２への熱伝導に必要な時間を短くすることができる。
【００２２】
図６は、装置２０の更に別の実施形態を示しており、この実施形態では、これらには限定されないが、銅またはアルミニウムのような熱伝導材料を含む熱質量測定装置６４を、治具２４の裏面５７に取り付けて、部品２２への熱伝導速度及び効率を更に最大化するだけでなく、部品２２を更に均一に加熱する。図６に示す装置２０の実施形態では、図３及び５に示す構成と同様の一体型２重真空チャンバ構成を利用する。バッグ３０の外周端部２９をシュラウド２８のフランジ２８に、接着剤層６６により接合させる。シール３６を今度は、バッグ３０の外周端部２９に第２接着剤層６８により接合させる。
【００２３】
図７は、装置２０の１つの実施形態を示しており、この実施形態では、治具２４の裏面５７の開口部５６を、蓋７０で閉じて、治具２４を貫通する導管７２を形成する。適切な暖気供給源７４は、暖気を矢印７６で示すように、導管７２を通るように誘導して、治具２４の裏面５７を直接暖め、従って部品２２を暖める。外側シュラウド２８及び内部バッグ３０は、図を分り易くするために、図７には図示されていない。
【００２４】
図８は、複合材部品２２を、２重真空状態で硬化させる方法のステップ群を示しており、この方法では、図１〜７に示す装置２０を用いることができる。ステップ７８から開始して、未硬化複合材部品２２を、適切な硬化治具２４の上に配置する、または硬化治具２４に押圧配置する。ステップ８０に示すように、次に、部品２２の周りを、外側シュラウド２８及び内部バッグ３０によりそれぞれ形成される真空チャンバ３２，３４を使用して、第１及び第２真空引きする。以下に更に詳細に説明するように、最初は、第１真空引きの真空度を第２真空引きの真空度と略等しくすることができる。ステップ８２では、第１及び第２真空引きを行なった状態で、部品２２の温度を、部品温度が事前選択硬化温度に達するまで、加熱して継続的に上昇させる。以下に説明するように、部品温度は、一定の割合で上昇させる必要がある、または上昇させる必要はないが、部品温度は、略継続的に上昇させる。部品２２の温度を硬化温度に上昇させているとき、第１真空引きの真空度を、ステップ８４に示すように或る事前選択真空度まで下げて、第２真空引きの真空度が第１真空度よりも高くなるようにする。一旦、部品２２が、硬化温度に達すると、硬化温度をステップ８６に示すように、部品２２を硬化させる事前選択期間に亘って維持する。部品２２を硬化させた後、部品２２の温度をステップ８８に示すように下げ、そして第１及び第２真空引きをステップ９０に示すように終了する。
【００２５】
図９及び１０はそれぞれ、複合材部品２２を２重真空状態で硬化させるために適する２つの異なる処理スケジュールに従った真空圧変化及び温度変化を示している。しかしながら、前に説明したように、図９及び１０に示す処理スケジュールを利用する開示の方法を使用して、揮発性物質を除去し、そして部品または構造の１つの領域を修復するために使用される複合材パッチ（図示せず）を硬化させることもできる。図９を具体的に参照するに、プロット９２で図示される部品２２の温度は、事前選択硬化温度に時点ｔ２で達するまで、略一定の割合で時点ｔ０からｔ２に亘って継続的に上昇する。時点ｔ０から始まって、プロット９４及び９６でそれぞれ表わされる外部真空チャンバ３２及び内部真空チャンバ３４の真空圧は、真空引きされて略等しい事前選択値になる。或る場合には、外部真空チャンバ３２の第１真空圧９４は、内部真空チャンバ３４の真空圧９６よりも若干低い、真空圧９６に等しい、または真空圧９６よりも若干高い。
【００２６】
この実施形態では、内部真空チャンバ３４の真空圧９６は、プロセスサイクル全体に亘って略一定に維持される。しかしながら、時点ｔ０とｔ２との間の或る時点ｔ１では、外部真空チャンバ３２の真空圧９４は、内部真空チャンバ３４の真空圧９６よりもずっと低い値にまで下げる。時点ｔ０とｔ１との間の期間では、２つの圧力９４，９６は略等しいので、外部真空チャンバ３２の真空圧９４は、内部バッグ３０から圧縮圧が全て部品２２に加わるのを防止することにより、温度９２が硬化温度まで直線的に徐々に上昇しているときに、部品２２内の揮発性物質を一層容易に逃がすことができる。しかしながら、時点ｔ１では、真空圧９４が低下することにより、内部真空チャンバ３４の真空圧９６で、ほぼ全ての圧力を部品２２に加えて部品２２を圧縮し、そして積層体部品２２内のエアポケットを完全に排除して多孔性を防止することができる。時点ｔ２とｔ３との間の期間は、温度９２を一定の硬化温度に維持する事前選択期間を表わす。時点ｔ３から始まって、温度９２は、冷却サイクル中に時点ｔ４における大気温度にまで直線的に徐々に低下し、この時点ｔ４では、真空圧９４，９６に真空引きする操作を終了させることができる。
【００２７】
図１０は、図９と略同様である硬化処理スケジュールを示しているが、温度９２を硬化温度に直線的に徐々に、かつ継続的に上昇させるときの傾きは一定ではなく、温度上昇割合に１つ以上の変化を含んでいる。図示の例では、温度９２は、時点ｔ０とｔ１との間で、図９のスケジュールに示す割合よりも高い割合で上昇する。しかしながら、時点ｔ１で、温度上昇割合は低くなり、低くなった状態が時点ｔ２まで継続し、時点ｔ２では、温度が直線的に高い割合で上昇する変化が再び始まって、時点ｔ３で硬化温度に達するまで続く。
【００２８】
本開示の実施形態は、多種多様な潜在的用途において、特に例えば、宇宙航空産業、船舶産業、及び自動車産業を含む輸送産業において使用することができる。従って、次に、図１１及び１２を参照するに、本開示の実施形態は、図１１に示す航空機製造及び整備方法９８、及び図１２に示す航空機１００に関連して使用することができる。製造前段階では、例示的な方法９８において、航空機１００の仕様決定及び設計１０２、及び材料調達１０４を行なうことができる。製造段階では、航空機１００の部品及びサブアセンブリ製造１０６、及びシステム統合１０８が行なわれる。本開示の方法及び装置を使用して、ステップ１０６において製造され、そしてステップ１０８において一体化される複合材部品を硬化させることができる。その後、航空機１００は、証明書発行及び機体引き渡し１１０を経て、供用１１２される。顧客が供用している間、航空機１００は、日常的なメンテナンス及び整備１１４を行うようにスケジューリングされる（このメンテナンス及び整備１１４は、改修、再構成、改装などを含むこともできる）。本開示の方法及び装置を使用して、メンテナンス及び整備１１４において航空機１００に取り付けられる複合材部品を硬化させることができる。
【００２９】
方法９８のプロセス群の各プロセスは、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、または実行することができる。この説明を進めるために、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、何れかの数の航空機製造業者、及び航空機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、何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；そしてオペレータは、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。
【００３０】
図１２に示すように、例示的な方法９８により製造される航空機１００は、複数のシステム１１８を搭載した機体１１６と、そして機内１２０と、を含むことができる。高位システム１１８の例として、推進システム１２２、電気システム１２４、油圧システム１２６、及び環境システム１２８のうちの１つ以上を挙げることができる。何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、本開示の原理は、船舶産業、自動車産業、及び建設産業のような他の産業に適用することができる。
【００３１】
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９８の種々の段階のうちの何れか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９８に対応する部品群またはサブアセンブリ群は、航空機１００を供用している状態で製造される部品群またはサブアセンブリ群と同様の方法で組み立てる、また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、またはこれらの組み合わせは、製造段階１０６及び１０８において、例えば航空機１００の組み立てを大幅に促進する、または航空機１００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、またはこれらの組み合わせのうちの１つ以上は、航空機１００を供用している間に、例えばこれに限定されないが、メンテナンス及び整備１１４中に利用することができる。
【００３２】
本開示の実施形態について、特定の例示的な実施形態に関連して説明してきたが、他の変形をこの技術分野の当業者であれば想到することができることから、特定の実施形態は例示のためにのみ提示され、本発明を限定するために提示されているのではないことを理解されたい。
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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