(57)【要約】  複合材料で作られたプリフォームを圧密化するための方法。プリフォーム及びコンプライアント金属合金シートは、プリフォームが金属合金シートと整合された対向する表面との間に挟まれた状態で、低いコンプライアントの整合された対向する形成／成形表面の間に置かれる。整合された対向する表面及びコンプライアント金属合金シートは、プリフォームが少なくともその圧密温度に達するまで加熱される。複合材料を圧密温度で圧密化させるために、整合された対向する表面がプリフォーム及び金属合金シート上に十分な圧縮力を及ぼすように、加熱中に力が加えられる。金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料で作られたプリフォームを圧密化するための方法であって、
プリフォームが金属合金シートと整合された対向する表面のうちの１つとの間に挟まれた状態で、前記金属合金シートより低いコンプライアントの前記整合された対向する表面を有する第１及び第２のツールアセンブリの間に、前記プリフォーム及び前記金属合金シートを置くこと、
前記第１及び第２のツールアセンブリの整合された対向する表面並びに前記金属合金シートを、前記プリフォームが少なくとも前記複合材料の圧密温度に達するまで加熱すること、並びに
前記複合材料を前記圧密温度で圧密化させるために、前記整合された対向する表面が、前記プリフォーム及び金属合金シート上に十分な圧縮力を及ぼすように、前記第１及び第２のツールアセンブリのうちの１つ又は両方に力を加えること
を含み、
前記金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する方法。
【請求項２】
前記金属合金シートは、マグネシウム基合金で作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マグネシウム基合金の化学成分は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛及びマンガンを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記金属合金シートは、アルミニウム基合金で作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属合金シートは、前記圧密温度で非常に柔らかい、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複合材料は、マット製品を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記マット製品は、リサイクルされたグラファイト繊維を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記マット製品は、熱可塑性繊維をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複合材料は、グラファイト繊維及び塑性材料を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
複合材料で作られたプリフォームを圧密温度で圧密化するための装置であって、
整合された対向する表面を有する第１及び第２のツールアセンブリ、
前記整合された対向する表面の間に配置される金属合金シートであって、前記金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する、金属合金シート、
前記第１及び第２のツールアセンブリの少なくとも前記整合された対向する表面を加熱するための手段、並びに
前記整合された対向する表面が前記プリフォーム及び金属合金シートに圧縮力を及ぼすことができるように、前記第１及び第２のツールアセンブリのうちの１つ又は両方に力を加えるための手段
を備える装置。
【請求項１１】
前記金属合金シートは、マグネシウム基合金で作られる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記マグネシウム基合金の化学成分は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛及びマンガンを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記金属合金シートは、アルミニウム基合金で作られる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記金属合金シートは、前記圧密温度で非常に柔らかい、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２のツールアセンブリの各々は、それぞれのサセプタを備え、前記サセプタ（１８及び２０）は、前記整合された対向する表面を形成する、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、複合材料で作られた部品の製造に関する。より具体的には、本開示は、隙間及び／又は空隙率を減らすために、繊維強化塑性材料で作られたプリフォーム（本明細書中では複合プリフォームとも呼ばれる）を圧密化及び形成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化有機樹脂マトリックス複合材は、高い強度対重量比又は高い剛性対重量比、及び航空宇宙用途における金属の代替として、当該複合材をますます一般的なものにしている所望の疲労特性を有している。有機樹脂複合材は、熱可塑性又は熱硬化性プラスチックを含み得る。
【０００３】
プリプレグは、連続的な、織られた又は刻まれた強化繊維を硬化されていないマトリックス樹脂と混合し、通常はマトリックスの薄膜を有する繊維シートを含む。プリプレグのシートは、概して、完成部品の所望の形状に輪郭形成された形成表面を有するツール又はダイの上に手又は繊維配置機によって直接置かれる（レイアップされる）、若しくは、ツール形成へのツール又はダイ上で続いてドレープ及び形成される平らなシートにレイアップされる。その後、プリプレグレイアップの樹脂が圧密化され（即ち、いかなる空気、ガス、又は蒸気をも除去するようにプレスされ）、部品を完成させるためにオートクレーブ（即ち、圧力オーブン）の真空バッグプロセスで硬化される（即ち、通常の鎖延長を通して、その最終形態に化学的に変換される）。
【０００４】
ホットプレス成形では、プリプレグは、完成部品の内部、外部、又はその両方のモールド線を画定する形成表面を含む整合された金属ツール間でレイアップされ、バギングされ（必要であれば）、配置される。ツール複合プリフォームは、プレス内に配置され、その後、ツール及びプリフォームは、圧密化されたネット状の部品を製作するために、圧力下で加熱される。
【０００５】
誘導加熱圧密化ツールを使用して複合プリフォームを圧密化及び形成することが知られている。誘導加熱は、導電性物体（通常は金属）が電磁誘導によって加熱されるプロセスである。このような加熱中に、渦電流が、金属内で生成され、金属の電気抵抗がジュール加熱に至る。誘導加熱器は、通常、高周波交流電流が通過する電磁石を備える。ほとんどの有機マトリックス複合材は、圧密化又は形成に必要な加熱を達成するために、複合材プリフォーム内又は複合材料プリフォームに隣接するサセプタを必要とする。サセプタは、誘導加熱され、主に伝導によって、対向するサセプタの表面シート間に挟まれたプリフォームにその熱を伝達する。圧力下での加熱中、隙間の数及び／又は複合プリフォームの空隙率を減らすことができる。
【０００６】
リサイクルされたグラファイト繊維は、複合航空機部品、例えば、軽量なシートバックコンポーネントなどの製造で使用することができる。まず、マット製品は、リサイクルされたグラファイト繊維及び未使用の熱可塑性繊維を使用して製造され；その後、マット製品は、対向するサセプタ表面シートを備える整合されたツーリングで圧密化及び形成される。リサイクルされたグラファイト繊維で製作されたこれらのマット製品は、かなりもつれて絡み合った繊維構造を示す可能性がある。これらの製品はまた、所望されない不均一及び厚さ／密度変化を有する可能性もある。さらに、グラファイト繊維が絡み合っているので、熱可塑性材料の流れを促進しない。厚さ及び密度分布がマット製品全域で均一でないという事実のため、これらの特性は、最終的な複合製品の隙間及び／又は空隙率の形成につながる。繊維が絡み合い、流れが制限され、空隙率を非常に効果的に「回復させる」ことができないという事実によって、隙間及び／又は空隙率の形成が、さらに助長される。プリプレグでさえも、厚さ及び密度分布にいくらかの変化があり、このことは、プリプレグ複合材の整合されたツール成形中に隙間及び／又は空隙率の形成につながるだろう。
【０００７】
したがって、不均一な厚さ及び／又は密度分布を有する複合プリフォームの圧密化及び形成中に隙間の数及び／又は空隙率を減らすことができる方法及び装置が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書の開示は、例えば、リサイクルされたグラファイト繊維及び未使用の熱可塑性繊維を含むマット製品など、不均一な厚さ及び／又は密度分布を有する複合プリフォームの圧密化及び形成中に、隙間の数及び／又は空隙率を減らすための方法を対象とする。この方法は、整合された成形ツールを備える装置を使用して実行される。装置は、圧密化プロセス中にプリフォームの全領域上により均一な圧力を提供するために、複合プリフォームと整合された成形ツールのうちの１つとの間に適切なコンプライアント層をさらに備える。コンプライアント層は、プリフォームの圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲のオフセット引張降伏点（ｏｆｆｓｅｔ  ｔｅｎｓｉｌｅ  ｙｉｅｌｄ  ｐｏｉｎｔ）（歪みの０．２％）を有するべきである。
【０００９】
１つの実施形態によれば、マグネシウム基合金のシートは、例えば、リサイクルされたグラファイト繊維及び未使用の熱可塑性繊維を含むマット製品など、複合プリフォームの領域上で不均一な厚さ又は密度を補償するためにコンプライアント層又はシムとして作用するように使用される。マグネシウム合金は、熱可塑性複合材料の圧密化及び成形を促進するために役立つ温度（即ち、６００°Ｆから７５０°Ｆ）で非常に柔らかくなり、１０００°Ｆを上回るまで溶解しないものもあるという事実により、高性能熱可塑性樹脂用のコンプライアント層の優れた候補となる。複合プリフォームの圧密化中に装置内部で温度及び圧力が増加するにつれ、マグネシウム合金シートは軟化し、比較的低い圧力の領域を成す。マグネシウム合金シートは、材料の柔軟性のため再利用することができる。合金が、プリフォームの圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲のオフセット引張降伏点（歪みの０．２％）を有すると仮定すれば、他の合金をマグネシウム基合金の代わりに使用することができる。１つの態様によれば、隙間の数及び／又は空隙率が減少した複合材料で作られたプリフォームを圧密化するための方法が開示される。プリフォーム及びコンプライアント金属合金シートは、プリフォームが金属合金シートと整合された対向する表面のうちの１つとの間に挟まれた状態で、低いコンプライアントの整合された対向する形成／成形表面の間に置かれる。整合された対向する表面は、プリフォームが少なくとも複合材料の圧密温度に達するまで、誘導的に加熱される（さらに伝導により、コンプライアント金属合金シートが加熱される）。複合材料を圧密温度で圧密化させるために、整合された対向する表面がプリフォーム及び金属合金シート上に十分な圧縮力を及ぼすように、加熱中に力が加えられる。前記コンプライアント金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する。
【００１０】
開示される対象の別の態様は、整合された対向する表面を有する第１及び第２のツールアセンブリ；前記整合された対向する表面の間に配置される金属合金シートであって、前記金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する、金属合金シート；前記第１及び第２のツールアセンブリの少なくとも前記整合された対向する表面を加熱するための手段；並びに前記整合された対向する表面が前記プリフォーム及び金属合金シートに圧縮力を及ぼすことができるように、前記第１及び第２のツールアセンブリのうちの１つ又は両方に力を加えるための手段を備える、複合材料で作られたプリフォームを圧密温度で圧密化するための装置である。
【００１１】
さらなる態様は、第１及び第２のツールアセンブリの整合された対向する表面の間に、前記複合プリフォーム及び金属合金シートを置くことであって、前記整合された対向する表面は、前記金属合金シートよりも低いコンプライアントである、置くこと；加熱サイクル中に前記金属合金シートの前記第１及び第２のツールアセンブリの前記整合された対向する表面を加熱すること；並びに熱で、１つの整合された表面を前記複合プリフォームの１つの側面に結合し、前記複合プリフォームの他の側面を前記金属合金シートに結合し、及び前記金属合金シートを他の整合された対向する表面に結合するために、前記整合された対向する表面が前記複合プリフォーム及び金属合金シートに十分な圧縮力を及ぼすように、前記第１及び第２のツールアセンブリのうちの１つ又は両方に力を加えることを含む、リサイクルされたグラファイト繊維及び有機樹脂繊維で作られた複合プリフォームを圧密化するための方法である。加熱サイクルの少なくとも一部の間に、力が加えられる。前記金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する。
【００１２】
本発明の他の態様が開示され、特許請求の範囲に記載される。
【００１３】
本発明の上記の態様及び他の態様を説明するために、様々な実施形態が、図面を参照して以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複合プリフォームを圧密化及び形成するために設計された整合された表面を有する上部及び下部ツールアセンブを備える既知の装置の部分の断面図を示す図である。ツールアセンブリは、後退位置に示されており、プリフォームは、非圧縮状態で示されている。
【図２】図１に示された装置の断面図を示す図であるが、ただし、ツールアセンブリは、プリフォームがその間で圧縮された状態で、展開位置にある。
【図３】１つの実施形態による、下部ツーリングダイの一部分の端面図を示す図である。
【図４】図３に見られる線４−４に沿った断面の、図３に部分的に示された下部ツーリングの一部分の断面図を示す図である。
【図５】リサイクルされたグラファイト繊維及び未使用の熱可塑性繊維を含む、後退位置での一対の対向するサセプタ間の圧密化されていないマット製品の配置を示す図である。
【図６】展開位置の一対のサセプタ間の圧密化されたマット製品を示す図である。
【図７】展開位置の一対のサセプタ間のコンプライアント層及び圧密化されたマット製品を示す図である。
【図８】アルミニウム２．５％から３．５％、亜鉛０．７％から１．３％、マンガン０．２０％から１．０％、残りはマグネシウムである化学組成を有するマグネシウム基合金の引張特性への温度の効果を示すグラフである。０．２％の耐力曲線は、０．２％の耐力への３００℃を超える温度の予想効果を示すために、「伸び（ＥＬＯＮＧＡＴＩＯＮ）」と記された縦軸の右側に外挿されている。
【図９】整合された表面及びコンプライアント金属合金シートが複合プリフォーム圧密化の際の使用のためにツールアセンブリの間に配置された状態で、上部及び下部ツールアセンブリを備えるシステムのコンポーネントを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下で図面を参照するが、異なる図面における類似の要素は、同一の参照番号を有している。
【００１６】
以下の詳細な開示では、不均一な厚さ及び／又は密度分布を有する複合プリフォームを圧密化及び成形／形成するための方法及び装置について記載される。開示される方法によれば、コンプライアント層は、複合プリフォームと１つの加熱された圧密化ツールとの間に置かれる。コンプライアント層は、圧密化プロセス中に不均一なプリフォームの全領域上に成形圧力をより均一に分配するように設計されている。
【００１７】
複合プリフォームの整合されたツール圧密化のための１つの既知の装置が、図１及び図２に部分的に示される。図１は、圧密化前の段階における装置を示し、図２は、圧密化が進行中の装置を示す。装置は、下部ダイフレーム２、下部ダイフレーム２によって支持され、第１の輪郭形成されたダイ表面６を有する下部ツーリングダイ４、上部ダイフレーム８、並びに上部ダイフレーム８によって支持され、第１の輪郭形成されたダイ表面６に相補的である第２の輪郭形成されたダイ表面１２を有する上部ツーリングダイ１０を備える。輪郭形成されたダイ表面６及び１２は、図１及び図２に示されるものとは異なる複雑な形状を画定し得る。しかしながら、本明細書中で開示される新しい手段はまた、ダイ表面が平面である場合にも用途を有する。ダイフレーム２及び８は、ダイを互いの方に向かって及び互いから離すように移動させる油圧アクチュエータ（図１及び図２には示されず）に結合され得る。また、１又は複数の誘導コイル（図１及び図２には示されず）は、複合プリフォームの樹脂の温度を少なくともその圧密温度まで上昇させるための誘導加熱器を形成するために、ツーリングダイ４及び１０の各々を通って延在し得る。熱制御システム（図示されず）は、誘導コイルに結合され得る。
【００１８】
さらに図１及び図２を参照すると、装置は、電気的及び熱的導電材料で作られた下部サセプタ１８及び上部サセプタ２０をさらに備える。サセプタ及び誘導コイルは、サセプタが電磁誘導により加熱できるように位置付けられる。下部サセプタ１８は、概して、第１の輪郭形成されたダイ表面６に一致し得、上部サセプタ２０は、概して、第２の輪郭形成されたダイ表面１２に一致し得る。いくつかの場合では、複合プリフォームが圧密化される温度がある温度を超えないことが好ましい。この目的を達成するために、サセプタ１８及び２０は、好ましくは、いわゆる「スマートサセプタ（ｓｍａｒｔ  ｓｕｓｃｅｐｔｏｒｓ）」である。スマートサセプタは、閾値（即ち、キュリー）温度に達するまで熱を効率的に生成する材料（単数又は複数）で構成される。スマートサセプタの部分がキュリー温度に達すると、これらの部分の透磁率は、キュリー温度でユニティ（ｕｎｉｔｙ）まで下がる（即ち、サセプタは、常磁性になる）。この透磁率の低下には、２つの効果がある：キュリー温度でのこれらの部分による熱の生成を制限すること、及び磁束をより低い温度の部分にシフトすることであり、これらにより、キュリー温度未満のこれらの部分をキュリー温度まで迅速に加熱する。従って、形成プロセス中に加熱されるプリフォームの熱均一性は、サセプタ用の材料を思慮深く選択することによって、誘導コイルに供給される入力電力に関係なく達成することができる。１つの実施形態によれば、各サセプタは、透磁性材料の層又はシートである。サセプタを構成するための好ましい透磁性材料は、キュリー温度より高い温度まで加熱されると、透磁率がおよそ１０倍減少する強磁性材料を含む。臨界温度での透磁率がそのように大きく低下することによって、サセプタの温度制御が促進され、その結果、部品の温度制御が行われる。強磁性材料は、鉄、コバルト、ニッケル、ガドリニウム、ジスプロシウム、及びそれらの合金を含む。
【００１９】
図１及び図２に示される圧密化／成形装置は、ツーリングダイ４及び１０に分配されるそれぞれの組の冷却導管１６をさらに備える。各組の冷却導管１６は、それぞれのマニホールドを介して冷却媒体源に結合されるが、その冷却媒体は、液体、気体、若しくは気体／液体の混合物、例えば、ミスト又はエアロゾルなどであり得る。
【００２０】
複合材の圧密化及び成形プロセスの典型的な実施において、複合プリフォーム２２は、図１に示されるように、最初は、積層されたツーリング装置の上部及び下部ツーリングダイの間に位置付けられる。次に、ツーリングダイ４及び１０は、誘導コイルがサセプタ１８及び２０を加熱する際に、図２に示されるように、互いの方に向かって移動される。したがって、ツーリングダイが互いの方に向かって接近すると、サセプタは、複合プリフォーム２２を急速に加熱する。このプロセス中に、複合プリフォームは、サセプタ１８及び２０の対向する輪郭形成された（又は平らな）表面によって成形されるだろう。
【００２１】
所定の時間間隔の後に、冷却システム１４は、冷却媒体をツーリングダイ４及び１０に適用し、それにより、さらにサセプタ１８及び２０、並びにそれらの間にある複合プリフォーム２２を冷却する。複合プリフォーム２２は、それ自体が完全に冷却されるまで、所定の時間間隔でサセプタ間に挟まれた状態を維持する。これにより、成形及び圧密化された複合プリフォーム２２は、サセプタ１８及び２０の輪郭形成された表面によって画定される構造形状を保持することができる。次いで、ツーリングダイが開き、複合プリフォームを取り外すことができる。形成及び冷却された複合プリフォームは、適する特性強化速度で冷却されると、寸法精度を損なうことなく積層されたツーリング装置から取り外される。
【００２２】
図３は、１つの実施形態による、下部ツーリングダイ４の一部分の端面図である。上部ツーリングダイは、類似の構成を有し得る。各ツーリングダイは、相互に平行であり得る非常に多数の空洞３２を備える。図３は、２つのそのような空洞３２のみを示し、各空洞３２の上部分には、空洞の最上部を貫通する誘導コイル３４のそれぞれのターン（ｔｕｒｎ）の一部がある。
【００２３】
図４に示される断面図は、図３で見られる線４−４に沿っており、空洞３２を貫通するが、その中の誘導コイル３４の部分は貫通していない。１又は複数のコイルを使用することができる。製造を必要とする部品が大きくなるにつれ、各コイルに必要とされる電圧を制限するために、コイルを並列接続の多数のコイルに分割する必要があり得る。スマートサセプタがなければ、各並列コイルへの電流（さらには温度）の制御が問題となるだろう。簡潔にするために、図３及び図４は、取り付けられたサセプタの対応する部分が角度を有するのではなく水平である下部ツーリングダイの一部分を示す。
【００２４】
さらに図３及び図４を参照すると、１又は複数の誘導コイル３４が存在する複数の平行な長手方向の空洞３２を形成するために適する寸法に切り取られる代替的な金属（例えば、ステンレス鋼）板２８及び誘電体スペーサー３０の積層を含み得る。各金属板２８は、約０．０６２５インチから約０．５インチまでの範囲の厚さを有し得る。空隙３６（図４を参照）は、サセプタの冷却を促進するために金属板２８の上部分の間に提供され得る。積層された金属板２８は、クランプ（図示されず）、締め具（図示されず）及び／又は当業者には既知の他の適切な手段を使用して互いに取り付けられ得る。積層された金属板２８は、電気的特性及び熱的特性に基づき選択され得、誘導コイルによってつくられる電磁場に対して透過性であり得る。
【００２５】
図４で最もよく見られるように、スマートサセプタ１８は、下部ツーリングダイの金属板２８に直接取り付けられる。（図１で見られるスマートサセプタ２０は、同様に、上部ツーリングダイの金属板に直接取り付けられる。）１つの実施形態によれば、金属板２８は、オーステナイト（非磁性の）ステンレス鋼で作られ、各板は、０．１８５インチの厚さであるが、この厚さは、誘導加熱器が１ｋＨｚから３ｋＨｚの周波数であり、かつスマートサセプタが０．１２５インチの厚さを有した状態で作動されるときに適切である。これらの積層板は、低い誘導加熱器周波数に対して０．１８５インチよりも厚い可能性があり、高周波数を使用する際にはより薄い必要があるだろう。これらの積層は、クエンチ流体（気体又は液体）が加熱されたサセプタ１８の表面に直接衝突できるように、積層間に空間３６を有することができる（有するべきである）。この間隔は、スマートサセプタ表面外郭構造の厚さ及び強度並びに使用される圧密圧力によって決定される。また、サセプタは、互いへの電気接続を必要としない。金属板２８は、サセプタ付近及びクエンチ媒体をサセプタに流す必要がある場所を除き、誘電体スペーサー３０と交互に配置される。同一の考慮事項が、上部ツーリングダイ及びそこに取る付けられたサセプタに適用される。
【００２６】
好ましくは、各誘導コイル３４は、軽く引き出される導管から製造される。軽く引き出された管の状態は、数値制御された曲げ機によって精密な曲げを可能にする。管を数値的に制御して曲げることにより、サセプタの変化する外形に対する管の正確な配置が可能になり、これにより、各サセプタが、サセプタの長さ及び幅全域で誘導加熱器に均一に誘導的に結合される度合いを改善する。しかしながら、本明細書中で開示されるコンプライアント層を、サセプタが凹凸ではなく平らである場合にも用いることができると理解されるべきである。任意で、コイル３４はまた、冷却流体、例えば、水などのための導管の役割を果たすことによって、熱エネルギーを除去する。曲げられ設置された後に、コイルは、可塑性のある管セクションによって結合された真っすぐな管セクションを含む。可塑性のある管セクションは、真っすぐな管セクションを結合し、またダイを分離可能にもする。誘導コイル３４の管の正確な配置は、磁束場によって生成される熱の量及び冷却流体の流れによって除去される熱の量における統一性を促進する。
【００２７】
米国特許番号６，５２８，７７１に開示されるように、誘導コイル３４は、電源、制御要素、センサー、及び好ましくは水を含む流体冷却供給装置（図示されず）を含む温度制御システムに結合することができる。電源は、コイルに電磁束場を生成させる誘導コイル３４に交流電流を供給する。流体冷却供給装置は、コイルを介した循環及びダイからの熱エネルギー除去のために誘導コイル３４に水を供給する。センサーは、電源によって供給される電力を測定することができる。代替的に、又は電力供給を測定することに加え、センサーは、誘導コイル３４全域の電圧降下を測定することができる電圧計を含み得る。制御要素は、センサー出力を受け取り、電源によって供給される電力を調節するためにフィードバックループの測定結果を使用する。制御要素は、電圧出力を電源によって調節するためにフィードバックを使用することができる、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせを含むことができる。
【００２８】
図１から図４を参照して記載されるシステムは、複合プリフォームと１つのサセプタとの間にコンプライアント層を追加することにより、プリフォームの範囲全域で不均一な厚さ及び／又は密度を有する複合プリフォームの処理を促進するために、強化することができる。例えば、リサイクルされたグラファイト繊維及び未使用の熱可塑性繊維を含むマット製品から航空機の部品を製造することが知られている。図５は、後退位置での一対の対向するサセプタ１８と２０との間へのそのようなマット製品４０（圧密化されていない状態）の配置を示す。マット製品４０は、もつれて絡み合った繊維構造、並びに不均一性及び厚さ／密度変化を有する可能性がある。さらに、グラファイト繊維は、絡み合っているので、熱可塑性材料の流れを促進しない。圧密化プロセスの終わりのマット製品４０を示す図６に見られるように、厚さ及び密度分布がマット製品全域で均一でなかったという事実のため、これらの特性は、最終的な複合製品の隙間及び／又は空隙率の形成につながる可能性がある。繊維が絡み合い、流れが制限され、空隙率を非常に効果的に「回復させる」ことができないという事実によって、隙間及び／又は空隙率の形成が、さらに助長される。
【００２９】
様々な実施形態によれば、圧密化装置は、圧密化プロセス中にプリフォームの全領域上により均一の圧力を提供するために、複合プリフォームと整合された成形ツールのうちの１つとの間に適切なコンプライアント層をさらに備える。コンプライアント層は、プリフォームの圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲のオフセット引張降伏点（歪みの０．２％）を有するべきである。
【００３０】
図７に示される１つの実施形態によれば、マグネシウム基合金のシート４４は、リサイクルされたグラファイト繊維及び未使用の熱可塑性繊維を含むマット製品４０の領域上で不均一な厚さ又は密度を補償するためにコンプライアント層又はシムとして作用するように使用される。マット製品４０及びマグネシウム合金シート４４は、展開位置で、即ち、成形装置が閉じられた状態で、一対のサセプタ１８と２０との間に挟まれるように示される。熱可塑性複合材料の圧密化及び成形を促進するために役立つ温度（即ち、６００°Ｆから７５０°Ｆ）で非常に柔らかくなり、１０００°Ｆを上回るまで溶解しないマグネシウム基合金が選択される。結果として生じる複合製品の圧密化中に成形装置内部で温度及び圧力が増加するにつれ、マグネシウム合金シート４４は軟化し、比較的低い圧力の領域を成す。マグネシウム合金シート４４は、材料の柔軟性のため再利用することができる。
【００３１】
より具体的には、適切なマグネシウム合金シート材料は、イギリスマンチェスターのＭａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｅｌｅｋｔｒｏｎ  ＵＫから市販されているエレクトロンＡＺ３１Ｂシートである。ＡＺ３１Ｂは、鍛錬用マグネシウム基合金であり、非磁性であり、高い電気伝導性及び熱伝導性を有し、１０５０°Ｆから１１７０°Ｆの溶融範囲を有する。ＡＺ３１Ｂの超塑性形成は、プリフォーム圧密化プロセス中に行うことができる。ＡＺ３１Ｂマグネシウム基合金の化学組成は、アルミニウム２．５％から３．５％、亜鉛０．７％から１．３％、マンガン０．２０％から１．０％、残りはマグネシウムである。図８は、この特定のマグネシウム基合金の引張特性への温度の影響を示すグラフである。０．２％の耐力曲線は、０．２％の耐力への３００℃を超える温度の予想効果を示すために、「伸び（ＥＬＯＮＧＡＴＩＯＮ）」と記された縦軸の右側に外挿されている。
【００３２】
合金が、プリフォームの圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲のオフセット引張降伏点（歪みの０．２％）を有するという条件で、他のマグネシウム基合金を、ＡＺ３１Ｂの代わりに使用することができる。代替的には、マグネシウムとは異なる基本要素を有する金属合金、例えば、アルミニウムなどは、先述の引張降伏特性を有するという条件で、使用することができる。
【００３３】
先ほど記載された種類のコンプライアント層４４を包含するシステムが、図９に示される。この実施形態では、コンプライアント層４４は、上部サセプタ２０がコンプライアント層４４と上部ツールダイ１０との間に配置された状態で、クランプ、締め具、又は他の既知の手段（図９には示されず）によって、上部ツールダイ１０に取り付けられる。代替的には、コンプライアント層は、下部サセプタ１８がそれらの間に配置された状態で、下部ツールダイ４に取り付けられるだろう。圧密化プロセス中に、上部及び下部ツールダイは、油圧アクチュエータ４６によって互いの方に向かって移動され、そのツール接近運動が、図９の矢印によって示される。先ほど記載された方法で電源４８によって、電力が誘導コイル（図示されず）に供給される。圧密化及び冷却後、油圧アクチュエータ４６は、モールドから圧密化された製品を取り出すことができるように、ツールダイから離される。コンプライアント層は、再利用することができる。
【００３４】
先ほど記載された種類のコンプライアント層はまた、本明細書中に記載されたマット製品以外の複合プリフォームの圧密化及び形成／成形における用途を有する。例えば、コンプライアント層は、熱可塑性塑性材料又は熱硬化性塑性材料のどちらかで作られたマトリックスに埋め込まれた強化繊維を含む複合プリフォームの圧密化において使用することができる。
【００３５】
本発明は、様々な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ、要素を同等の物で置換することができることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、コンプライアント層は、サセプタを含まない、加熱された圧密化ツールで使用することができる。ツーリングダイが加熱整合された表面を有する場合、コンプライアント層は、これらの加熱整合された表面と複合プリフォームとの間に置くことができる。また、本開示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況を本開示の教示に適合させるために、多くの修正が行われ得る。したがって、特許請求の範囲は、開示された具体的な実施形態に限定されないことが意図される。
【００３６】
本明細書で説明された方法のクレームは、その中で列挙されたステップが、アルファベット順に又はそれらが列挙された順に実行されることを必要とすると解釈されるべきではなく、２つ以上のステップが同時に実行されるのを排除すると解釈されるべきではない。
【００３７】
代替的な実施形態が、以下のように特許請求され得る。
Ａ１６．
リサイクルされたグラファイト繊維及び有機樹脂繊維で作られた複合プリフォームを圧密化するための方法であって、
複合プリフォーム及び金属合金シートを第１及び第２のツールアセンブリの整合された対向する表面の間に置くことであって、前記整合された対向した表面は、前記金属合金シートより低いコンプライアントである、置くこと、
前記第１及び第２のツールアセンブリの整合された対向する表面並びに前記金属合金シートを加熱サイクル中に加熱すること、並びに
前記複合プリフォームの１つの側面を前記金属合金シートの１つの側面に熱的に結合させ、前記複合プリフォームの他の側面を前記整合された対向する表面の１つに熱的に結合させ、前記他の整合された対向する表面を前記金属合金シートの他の側面に熱的に結合させるために、前記整合された対向する表面が十分な圧縮力を前記複合プリフォーム及び金属合金シートに及ぼすように、前記第１及び第２のツールアセンブリのうちの１つ又は両方に力を加えることであって、前記力は前記熱サイクルの少なくとも一部の間に加えられる、力を加えること
を含み、
前記金属合金シートは、圧密温度において、毎分約１％から１０％の歪みの歪み速度で、２５ｐｓｉから３００ｐｓｉの範囲の引張降伏点を有する方法。
Ａ１７．
前記金属合金シートは、マグネシウム基合金で作られる、請求項Ａ１６に記載の方法。
Ａ１８．
前記マグネシウム基合金の化学成分は、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛及びマンガンを含む、請求項Ａ１７に記載の方法。
Ａ１９．
前記金属合金シートは、アルミニウム基合金で作られる、請求項Ａ１６に記載の方法。
Ａ２０．
前記金属合金シートは、前記圧密温度で非常に柔らかい、請求項Ａ１６に記載の方法。
【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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【国際調査報告】
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