(57)【要約】  本明細書では、熱硬化性複合材（ＴＳＣ）を目標硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化させるシステム及び方法が開示される。上記方法は、閾値温度を超えるまで前記熱硬化性複合材を加熱することを含む。上記方法は、前記加熱中、前記熱硬化性複合材の実温度を監視することと、前記熱硬化性複合材が到達した最高温度を特定することと、前記熱硬化性複合材の前記実温度が前記閾値温度を超えているときの経過時間を特定することと、をさらに含む。上記方法は、少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの前記最高温度及び前記経過時間に基づいて、前記加熱を停止することをさらに含む。上記システムは、加熱アセンブリと、支持マンドレルと、熱硬化性複合材と、温度検出器と、前記方法を実行するようにプログラムされたコントローラと、を含む。【選択図】  図７
2020511335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性複合材（ＴＳＣ）を目標硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化させる方法であって、
閾値温度を超えるまで前記ＴＳＣを加熱すること、
前記加熱中において、
（i）前記ＴＳＣの実温度を監視すること、
（ii）前記ＴＳＣが到達した最高温度を特定すること、
（iii）前記ＴＳＣの前記実温度が前記閾値温度を超えているときの経過時間を特定すること、
少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの前記最高温度と前記経過時間とに基づいて前記加熱を停止すること、を含む、方法。
【請求項２】
前記停止は、少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの前記最高温度と前記経過時間との間の関係に基づいている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記方法は、前記ＴＳＣの前記目標ＳＯＣについて、処理相関を提供することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記処理相関は、前記目標ＳＯＣに到達するための前記経過時間と前記ＴＳＣの前記最高温度との組み合わせを特定するものである、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
（i）所与の目標ＳＯＣについての処理相関は、別の目標ＳＯＣについての処理相関とは異なることと、
（ii）所与の閾値温度についての処理相関は、別の閾値温度についての処理相関とは異なることと、のうちの少なくとも一方を満たす、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記処理相関は、
（i）前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度の値と対応する前記経過時間の値との間の関数的な関係を示す処理相関曲線、
（ii）前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度の値と対応する前記経過時間の値との対を表示する処理相関ルックアップテーブル、
（iii）前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度の値と対応する前記経過時間の値との関数的な関係を示す処理相関関数、
のうちの少なくともいずれか１つを含む、請求項３〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
（i）前記処理相関が、前記ＴＳＣの半経験的モデル、前記ＴＳＣの硬化反応態様、及び、前記ＴＳＣの熱伝達モデルから導出されたものであるか、
（ii）前記方法が、前記ＴＳＣの半経験的モデル、前記ＴＳＣの硬化反応態様、及び、前記ＴＳＣの熱伝達モデルから前記処理相関を導出することをさらに含むか、
（iii）前記処理相関が実験的に導出されたものであるか、
（iv）前記方法が、前記処理相関を実験的に導出することをさらに含むか、のうちの少なくとも１つを満たす、請求項３〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記停止は、前記ＴＳＣが前記目標ＳＯＣに到達したことを示す前記処理相関を受けて、停止を実行することを含む、請求項３〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記停止は、前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度についての閾値経過時間を、経過時間が超えたことを受けて、停止を実行することを含む、請求項３〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記停止は、前記目標ＳＯＣに到達するための前記経過時間についての閾値最高温度を前記最高温度が超えたことを受けて、停止を実行することを含む、請求項３〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記処理相関の提供は、複数の別個の処理条件について、前記ＴＳＣの硬化反応態様モデルを含む複数の熱シミュレーションを実行することと、前記複数の熱シミュレーションから前記処理相関を生成することと、を含み、前記複数の熱シミュレーションの各々は、前記目標ＳＯＣになるまで前記ＴＳＣを硬化させることをモデル化するものである、請求項３〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の別個の処理条件は、
（i）前記ＴＳＣの加熱中に用いられる複数の異なる加熱環境温度、
（ii）前記ＴＳＣの複数の異なる加熱速度、
（iii）前記ＴＳＣの複数の異なる厚み、
（iv）前記ＴＳＣの複数の異なる熱伝達係数、
（v）前記加熱中に前記ＴＳＣを支持する支持マンドレルの複数の異なる厚み、
（vi）前記支持マンドレルの複数の異なる熱伝達係数、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の熱シミュレーションは、少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの硬化態様及び熱伝達モデルに基づく、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記停止は、
（i）前記ＴＳＣに熱を加えるのを停止すること、
（ii）前記ＴＳＣを取り囲む加熱環境の温度を下げること、のうちの少なくとも一方を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記ＴＳＣの実温度の監視は、温度検出器を用いて監視を行うことを含む、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
前記ＴＳＣの実温度の監視は、
（i）前記ＴＳＣにおける選択位置の選択温度を監視すること、
（ii）前記ＴＳＣの平均温度を監視すること、
（iii）前記ＴＳＣにおいて測定された最低温度を監視すること、のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記ＴＳＣの実温度の監視は、前記ＴＳＣにおける複数の離間した位置の複数の実温度を監視することを含む、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記ＴＳＣの最高温度は、前記ＴＳＣにおける前記複数の離間した位置のうち最も温度が低い位置で測定された、前記ＴＳＣにおける最低監視温度である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記経過時間の特定は、前記ＴＳＣの前記実温度が前記閾値温度を超えた時点から、前記停止を開始した時点までの時間を特定することを含む、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
熱硬化性複合材を硬化させるためのシステムであって、
加熱環境の温度を調節する加熱アセンブリと、
前記加熱環境内に配置された支持マンドレルと、
前記加熱環境内に配置されるとともに、前記支持マンドレルに支持された熱硬化性複合材と、
前記熱硬化性複合材の実温度を監視するように構成された温度検出器と、
請求項１〜１９のいずれかの方法を用いて、前記温度検出器から前記熱硬化性複合材の温度を受信して、前記加熱アセンブリの動作を制御することにより前記加熱環境の温度を制御するようにプログラムされたコントローラと、を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１７年３月１６日に出願された米国仮出願第６２／４７２，３６０号「SYSTEMS AND METHODS OF CURING A THERMOSET COMPOSITE TO A DESIRED STATE OF CURE」の優先権を主張し、その開示内容全てを本願に援用するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、熱硬化性複合材を目標硬化状態まで硬化させるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱硬化性複合材は、様々な部品、製品、及び／又は、産業に利用されている。これらの熱硬化性複合材の材料には、樹脂含浸繊維、繊維トウ（例えば、プリプレグ）、及び／又は、硬化前に樹脂の充填及び／又は注入が可能なドライファイバ床（dry fiber beds）（例えば、プリフォーム）が含まれうる。いずれの場合も、本明細書において熱硬化性樹脂とも呼ばれる樹脂は、室温や周囲温度では、潜在性、非反応性、又は、少なくとも実質的に非反応性のものである。
【０００４】
このような熱硬化性複合材は、通常、本明細書ではグリーン状態（green state）とも呼ばれる柔らかい未硬化の状態でレイアップされ、その後加熱される。加熱を行うと、樹脂の架橋（crosslinking）などにより熱硬化性複合材が硬化されて、当該熱硬化性複合材の状態が硬化状態に移行する。架橋は、本明細書では樹脂の重合とも呼ばれうる。
【０００５】
航空宇宙産業などの特定の用途においては、非常に大型の熱硬化性複合材部品を熱硬化性複合材から硬化、作製する場合がある。例えば、航空機の胴体バレル部、航空機の翼、及び／又は、航空機の尾部は、熱硬化性複合材から作製することができる。このような大型の熱硬化性複合材部品は、レイアップの際に大型のレイアップマンドレルを必要とし、また、当該熱硬化性複合材部品の硬化の際にオートクレーブ、炉、及び／又は、プレスなどの、大型の加熱アセンブリを必要とする。大型のレイアップマンドレルや大型の加熱アセンブリは、高価であり、工場内でかなりのスペースを必要とする。したがって、熱硬化性複合材を硬化させて経済的に部品を製造するためには、大型のレイアップマンドレル、及び、大型の加熱アセンブリを効率的に利用することが求められる。
【０００６】
熱硬化性複合材を硬化させる従来の方法は、一般に、閾値温度を超えた温度で未硬化の熱硬化性複合材を少なくとも閾値時間に亘って加熱することに依存して、硬化した熱硬化性複合材部品を作製する。このような方法は、ほとんど全ての場合において、熱硬化性複合材を完全に、或いは、ほぼ完全に硬化させるように設計されており、熱硬化性複合材の硬化に多くのリソースを要する手法であり、工場の設備や空間を最適に活用できているとは限らない。したがって、熱硬化性複合材を目標硬化状態まで硬化させるために改良された方法が求められている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書では、熱硬化性複合材（ＴＳＣ）を目標硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化させるシステム及び方法が開示される。上記方法は、閾値温度を超えるまで前記熱硬化性複合材を加熱することを含む。前記加熱中、上記方法は、前記熱硬化性複合材の実温度を監視することと、前記熱硬化性複合材が到達した最高温度を特定することと、前記熱硬化性複合材の前記実温度が前記閾値温度を超えているときの経過時間を特定することと、をさらに含む。上記方法は、少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの前記最高温度及び前記経過時間に基づいて、前記加熱を停止することをさらに含む。
【０００８】
上記システムは、加熱アセンブリと、支持マンドレルと、熱硬化性複合材と、温度検出器と、前記方法を実行するようにプログラミングされたコントローラと、を含む。前記加熱アセンブリは、加熱環境の温度を調節するように構成されている。前記支持マンドレルは、前記加熱環境内に配置されている。前記熱硬化性複合材は、前記加熱環境内に配置されるとともに、前記支持マンドレルに支持されている。前記温度検出器は、前記熱硬化性複合材の温度を監視するように構成されている。前記コントローラは、前記温度検出器から前記熱硬化性複合材の温度を受信して、前記加熱アセンブリの動作を制御することにより前記加熱環境の温度を制御するようにプログラムされている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示によるシステム及び方法を用いて形成される複合材構造体を含む航空機の例を示す図である。
【図２】図１に示す航空機の一部を形成する翼の例を示す図である。
【図３】本開示による、熱硬化性複合材を目標硬化状態まで硬化させる方法を示すフローチャートである。
【図４】本開示による方法において使用可能な熱硬化性複合材モデルの断面の一例を示す図である。
【図５】特定の処理条件下における、図４に示す熱硬化性複合材モデルが辿る温度と硬化度合の時間変化を表す曲線の例である。
【図６】複数の別個の処理条件下における図４の熱硬化性複合材モデルについて生成された複数の温度−時間曲線であって、各々が、熱硬化性複合材モデルを同じ硬化状態にする温度−時間曲線の例を示す図である。
【図７】図４に示す熱硬化性複合材モデルの温度−時間曲線の例を示す図であって、図４に示す熱硬化性複合材モデルについての閾値温度、最高温度、及び、熱硬化性複合材の実温度が閾値温度を超えているときの経過時間が示されている。
【図８】図４に示す熱硬化性複合材モデルを目標硬化状態にするための経過時間及び最高温度を示すグラフである。
【図９】航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。
【図１０】航空機を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１〜１０は、本開示による方法２００、当該方法２００を用いて作製可能な熱硬化性複合材、及び／又は、当該方法２００で生成及び／又は利用されるデータや情報の例示的且つ非排他的な例を示す。図１〜１０の各々において、同様の目的、又は、少なくとも実質的に同様の目的を果たす要素には、同様の符号を付しているが、これらの要素については、本明細書において、図１〜１０の各図ごとに詳細が述べられているわけではない。同様に、図１〜１０の各々において、全ての要素に符号を付しているわけではないが、これらの要素に関連する符号は、明細書中で一貫して用いている。図１〜１０のうちの１つ以上を参照して説明する要素、コンポーネント、及び／又は、特徴は、本開示の範囲を逸脱することなく、図１〜１０のいずれにも組込、及び／又は、利用が可能である。
【００１１】
概して、所与の実施形態（すなわち、特定の実施形態）に含まれる可能性が高い要素は、実線で示しており、所与の実施形態において任意である要素は、破線で示している。ただし、実線で示した要素が全ての実施形態において必須というわけではなく、本開示の範囲を逸脱することなく、実線で示した要素を特定の実施形態から省くことも可能である。
【００１２】
図１は、複合材構造体８００を含む航空機７００の例を示しており、当該複合材構造体は、本開示による方法２００により、少なくとも部分的には熱硬化性複合材を硬化させて作製された熱硬化性複合材部品１００を含む。図２は、航空機７００の一部を形成する翼７４０の例を示す。航空機７００は、機体７１０、胴体７２０、胴体バレル７３０、翼７４０、及び／又は、スタビライザ７５０を含む複数のコンポーネントを含みうる。
【００１３】
航空機７００の複合材構造体８００は、複合材料の複数のプライ１０２を含みうる。これらのプライは、硬化された熱硬化性複合材部品１００を形成したり、航空機７００の任意の適切なコンポーネントの一部を形成したりすることができる。一例として、図１に示すように、航空機７００は、当該航空機７００の任意の適切な部分の外面を形成及び／又は被覆する外板セグメント７９０を含んでもよいし、複数のフレーム７８０と共に外板セグメント７９０の内面を支持する複数のストリンガ７７０を含んでもよい。他の例として、図２に示すように、翼７４０は、当該翼の長さに沿って延びる複数の翼ストリンガ７４２を含みうる。翼７４０はまた、複数のリブ７４４も含みうる。翼ストリンガ７４２及びリブ７４４は共に、翼７４０の内側支持構造体７４６の少なくとも一部を形成及び／又は画定しており、翼７４０を覆う外板セグメント７９０の内面７４８を支持することができる。これらの外板セグメントは、本明細書において、翼外板セグメント７９０とも呼ばれる。外板セグメント７９０（すなわち、翼外板セグメント７９０）、ストリンガ７７０、フレーム７８０、翼ストリンガ７４２、リブ７４４、及び／又は、内側支持構造体７４６は、少なくとも部分的に、或いは全体的に、複合材料のプライ１０２で形成されてもよいし、本開示の方法２００を用いて硬化及び作製が可能な熱硬化性複合材部品１００であってもよい。
【００１４】
図３は、熱硬化性複合材（ＴＳＣ）を、所望及び／又は目標の硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化させる、本開示による方法２００を示すフローチャートである。方法２００は、２１０において処理相関を提供すること、及び／又は、２２０において上限温度閾値を選択することを含みうる。方法２００は、２３０においてＴＳＣを加熱することと、２４０においてＴＳＣの加熱を停止することとを含む。２１０における提供は、２１２において複数の熱シミュレーションを実行すること、及び／又は、２１４において処理相関を生成することを含みうる。２３０における加熱中、方法２００は、２３２においてＴＳＣの実温度を監視することと、２３４においてＴＳＣの最高温度を特定することと、２３６においてＴＳＣが閾値温度を超えているときの経過時間を特定することと、を含む。
【００１５】
ＴＳＣは、本開示の方法を用いて形成、作製、及び／又は、硬化させることが可能な、例えば、図１〜２に示す熱硬化性複合材部品１００などの任意の適切な熱硬化性複合材部品に含まれていてもよいし、当該部品の一部を形成していてもよい。一例として、ＴＳＣは、複合材料の複数のプライ又はレイヤを含みうる。上記プライは、複数の繊維を含んでいてもよいし、これらで形成されていてもよい。繊維は、熱硬化性樹脂でコーティングされていてもよいし、これに含浸されていてもよい。このような場合、ＴＳＣは、予備含浸材料、又は、プリプレグ材料とも呼ばれる。しかしながら、他のＴＳＣもまた、本開示の範囲に含まれる。例えば、ＴＳＣは、熱硬化性樹脂が被覆、充填、及び／又は、注入されたドライファイバ床、及び／又は、ファブリックを含みうる。
【００１６】
繊維の例には、任意の適切な炭素繊維、ポリマー繊維、ガラス繊維、有機繊維、無機繊維、アラミド繊維、シリコン繊維、金属繊維、アルミニウム繊維、ホウ素繊維、炭化タングステン繊維、天然繊維、及び／又は、人工繊維が含まれる。これらの繊維は、任意の適切な態様で相対配置することができる。このような例としては、ランダム配向されたチョップドファイバ（chopped fibers）、シングルトウ（single tow）、細長状トウ（narrow tow）、織布（woven fabrics）、マット、編み布（knitted fabrics）、バンドル（bundles）、及び／又は、編組ブレード（braids）が含まれる。繊維は、長くてもよいし（例えば、長さが１０ミリメートル超）、短くてもよい（例えば、長さが１０ミリメートル未満）。
【００１７】
熱硬化性樹脂の例には、三次元架橋ネットワークを形成及び／又は構成するために、外部から加えられるエネルギー源を用いて硬化剤及び／又は架橋性化合物と共に硬化可能な任意の適切な樹脂が含まれる。熱硬化性樹脂の例には、熱硬化性エポキシ、熱硬化性接着剤、熱硬化性ポリマー、エポキシ樹脂、エポキシノボラック樹脂、エステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、マレイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、レゾルシノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フタル酸ジアリル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリウレタン、及び／又は、これらの混合物が含まれる。
【００１８】
上述したように、未硬化のＴＳＣを硬化させるための従来の方法は、一般に、完全に硬化した、又は、少なくとも実質的に完全に硬化したＴＳＣを製造及び／又は生成するように設計されており、未硬化ＴＳＣの硬化が非効率的な場合があるため、工場資源を最適に活用できていない。このことは、完全に硬化させた第１のＴＳＣを未硬化の第２のＴＳＣと組み合わせてＴＳＣアセンブリを作製し、このＴＳＣアセンブリを再び硬化することで、硬化ＴＳＣアセンブリを作製し、第１のＴＳＣと第２のＴＳＣを接合する共接合プロセスの一部においてＴＳＣを用いる場合に、特に顕著である。
【００１９】
言い換えれば、本開示の方法は、必須ではないが、一般に、未硬化のＴＳＣを、従来における完全に硬化した、又は、少なくとも実質的に完全に硬化したＴＳＣとは異なる目標ＳＯＣまで硬化させるために用いられる。このような方法は、本明細書においては、目標ＳＯＣを有する部分硬化ＴＳＣの製造及び／又は生成と呼ばれる場合もあり、製造過程における中間ステップであってもよい。一例として、目標ＳＯＣを有する部分硬化ＴＳＣは、硬化ＴＳＣアセンブリを製造及び／又は生成し、且つ、硬化ＴＳＣアセンブリを作製するためのプロセスの効率を高めるために、上述した共接合プロセスに関連して用いることができる。したがって、本開示の方法２００は、未硬化ＴＳＣを硬化させるため、及び／又は、硬化ＴＳＣアセンブリを作製するために、効率化、時間最適化、及び／又は、時間節約できる方法であるといえる。
【００２０】
部分硬化ＴＳＣの目標ＳＯＣは、本明細書において、部分硬化ＴＳＣの硬化状態、目標硬化状態、硬化度、及び／又は、目標硬化度と呼ばれる場合もあり、任意の適切な表現にて定義することができる。例えば、目標ＳＯＣは、部分硬化ＴＳＣを含む樹脂における所望及び／又は目標のパーセント架橋率により定義してもよいし、樹脂の所望及び／又は目標のパーセント反応転化率（target percent reaction conversion）により定義してもよい。例えば、目標ＳＯＣは、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、最大９５％、最大９０％、最大８５％、最大８０％、最大７５％、最大７０％、最大６５％、最大６０％、最大５０％、及び／又は、最大４０％であってもよい。
【００２１】
本明細書において、「未硬化ＴＳＣ」及び／又は「グリーンＴＳＣ」なる表現は、硬化されていない状態、少なくとも実質的に硬化されていない状態、意図的に硬化されていない状態、可撓性を有する状態、レイアップ、成型、及び／又は、成形が可能な状態、加熱されていない状態、及び／又は、熱硬化性複合材を含む樹脂内の架橋が閾値割合よりも低い状態、の熱硬化性複合材を指す。例えば、未硬化ＴＳＣの架橋率は、２０％未満、１５％未満、１０％未満、５％未満、及び／又は、１％未満であってもよい。
【００２２】
本明細書において、「硬化ＴＳＣ」及び／又は「硬化された熱硬化性複合材部品」なる表現は、完全に、或いは、少なくとも実質的に完全に硬化された状態の熱硬化性複合材を指す。例えば、硬化ＴＳＣのＳＯＣは、部分硬化ＴＳＣのＳＯＣよりも高くてもよいし、これに加えて、或いはこれに代えて、硬化ＴＳＣのＳＯＣは、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９９％、及び／又は、少なくとも実質的に、又は事実上１００％であってもよい。
【００２３】
本明細書において、「部分硬化ＴＳＣ」なる表現は、本開示の方法を用いて目標ＳＯＣまで部分的に硬化された熱硬化性複合材を指す。本明細書でより詳細に説明するように、そのような部分硬化ＴＳＣは、硬化ＴＳＣの多くの物理的特徴を示す一方で、対応するＳＯＣが不完全な場合や、完全に硬化させた同等のＴＳＣのＳＯＣよりも低い場合がある。
【００２４】
本明細書において、「熱硬化性複合材」なる表現、又は、頭字語「ＴＳＣ」は、任意の適切なＳＯＣを有する任意の適切な熱硬化性複合材を指す。したがって、「熱硬化性複合材」なる表現、及び／又は、頭字語「ＴＳＣ」は、一般に、未硬化のＴＳＣ、硬化したＴＳＣ、及び／又は、部分的に硬化したＴＳＣを指すために使用される。
【００２５】
本開示の方法は、一般に、熱硬化性複合材に適用可能な方法として説明されており、そのような熱硬化性複合材の例が本明細書で開示されている。しかしながら、これらの方法を、必ずしも複合材ではないバルク熱硬化性材料にも適用、及び／又は、使用することも本開示の範囲に包含される。このようなバルク熱硬化性材料の例としては、本開示のＴＳＣに用いられる樹脂が挙げられる。この点を考慮して、「熱硬化性複合材」なる用語、及び／又は、頭文字「ＴＳＣ」は、本明細書において、本開示の範囲から逸脱することなく、「バルク熱硬化性材料」なる用語に置き換えることができる。
【００２６】
２１０における処理相関の提供は、ＴＳＣ、及び／又は、ＴＳＣの硬化に関する任意の適切な処理相関、又は、較正を提供することを含みうる。処理相関は、ＴＳＣが部分硬化して目標ＳＯＣを形成及び／又は生成するために辿る複数の時間−温度曲線を表したものである。一例として、処理相関は、２３６における特定の工程において特定された経過時間と、２３４における特定の工程において特定された最高温度との組み合わせであって、所与の閾値温度で部分硬化ＴＳＣを目標ＳＯＣにすることができる組み合わせを表したものである。
【００２７】
処理相関は、ＴＳＣの変化、閾値温度の変化、及び／又は、目標ＳＯＣの変化によって異なりうる。すなわち、処理相関は、所与の構成（例えば、所与のＴＳＣの化学的性質、所与のＴＳＣの厚み、異なるレイアップマンドレル構成など）を有する所与のＴＳＣ、所与の閾値温度、及び、所与の目標ＳＯＣに固有であってもよい。処理相関の例として、目標ＳＯＣに到達するための最高温度の値と対応する経過時間の値との間の関数的な関係を表示及び／又は表現する処理相関曲線、目標ＳＯＣに到達するための最高温度の値と対応する経過時間の値との対を表示する処理相関ルックアップテーブル（process correlation lookup table）、及び／又は、目標ＳＯＣに到達するための最高温度の値と対応する経過時間の値との間の関数的な関係を表示するか、或いは、当該関数的な関係に該当する処理相関関数が挙げられる。
【００２８】
閾値温度は、任意の適切な方法で選択、及び／又は、設定される。一例として、閾値温度は、少なくとも部分的には、ＴＳＣの組成、又は、化学組成に基づいて選択される。他の例として、閾値温度は、その温度を超えると、ＴＳＣにおける架橋が十分な速度で進行して、ＴＳＣの処理や硬化が妥当な時間枠、又は、経済的に現実的な時間枠で完了するような温度を含む。さらに他の例として、閾値温度は、ＴＳＣの架橋が発生するための最低温度を含む。他の例として、閾値温度は、その温度により生じるＴＳＣの硬化速度によって、許容可能な機械特性を有する硬化ＴＳＣ及び／又は部分硬化ＴＳＣが得られるような温度を含む。閾値温度の例としては、少なくとも７０℃、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、少なくとも１００℃、少なくとも１１０℃、少なくとも１２０℃、少なくとも１３０℃、少なくとも１３５℃、少なくとも１４０℃、少なくとも１４５℃、少なくとも１５０℃、少なくとも１５５℃、少なくとも１６０℃、少なくとも１６５℃、少なくとも１７０℃、最大２００℃、最大１９５℃、最大１９０℃、最大１８５℃、最大１８０℃、最大１７５℃、最大１７０℃、最大１６５℃、最大１６０℃、及び／又は、最大１５５℃などが挙げられる。
【００２９】
２１０における提供は、任意の適切な態様で実行可能である。例えば、２１０における提供は、ＴＳＣの半経験的モデル、ＴＳＣの硬化反応態様（cure kinetics）、及び／又は、ＴＳＣの熱伝達モデルから処理関数を導出することを含みうる。他の例として、２１０における提供は、特定条件、及び／又は、硬化処理パラメータに従ってＴＳＣを目標ＳＯＣまで硬化させるなどして、実験的に処理相関を導出することを含みうる。特定条件、及び／又は、硬化処理パラメータの例として、閾値温度、経過時間、温度勾配（temperature ramp）又は温度変化、速度、及び／又は、最高温度が挙げられる。２１０における提供が処理相関を実験的に導出することを含む場合、ＴＳＣのＳＯＣもまた実験的、及び／又は、任意の適切な態様で決定することができる。
【００３０】
より具体的な例として、２１０における提供は、２１２における実行と２１４における生成とを利用して、処理相関を提供することを含みうる。このような方法によれば、モデルシミュレーションＴＳＣを提供、及び／又は、確立することができる。図４には、上述したようなモデルとして、ＴＳＣのモデル７０の例が示されている。このＴＳＣは、複数のプライ８２を含む未硬化の熱硬化性複合材レイアップ８０の形態をしており、支持用、レイアップ用、及び／又は、硬化用のマンドレル９０に配置されているか、或いは、図４の破線に示すように、２つのレイアップ用マンドレル９０間に配置されている。図４においてさらに破線で示すように、方法２００は、炉やオートクレーブなどの加熱アセンブリ６０でモデル７０を硬化させることを含みうる。加熱アセンブリ６０は、加熱環境６２を画定するものである。
【００３１】
図４に破線で示すように、コントローラ５０は、本開示の方法２００を利用して、加熱アセンブリ６０の動作を制御するように適合、構成、設計、及び／又は、構築されており、及び／又は、そのために利用することができる。同じく図４に破線で示すように、熱硬化性複合材レイアップ８０の温度を監視するために、１つ以上の温度検出器５２を利用してもよい。温度検出器５２が設けられている場合、当該温度検出器は、熱硬化性複合材レイアップの温度をコントローラ５０に伝えるように構成されてもよく、コントローラ５０は、少なくとも部分的には、温度検出器５２により測定された熱硬化性複合材レイアップの温度に基づいて、加熱アセンブリ６０の動作を制御してもよい。加熱アセンブリ６０、加熱環境６２、コントローラ５０、温度検出器５２、及び／又は、モデル７０は、熱硬化性複合材を硬化させるためのシステム４０とも呼ばれる。
【００３２】
２１０における提供は、所与の、及び／又は、選択されたＴＳＣに特有なものであってもよい。この場合、ＴＳＣ、又は、シミュレーションモデルＴＳＣが変更されると、異なる処理相関が作成されたり、生成されたり、必要とされたりする。上述したようなＴＳＣの変更の例には、レイアップマンドレル９０の構成の変更、レイアップマンドレル９０の有無、熱硬化性複合材レイアップ８０の化学組成の変更、熱硬化性複合材レイアップ８０内の複数のプライ８２の変更、及び／又は、熱硬化性複合材レイアップ８０の厚みの変更、のうちの１つ又は複数が含まれうる。
【００３３】
２１２における実行は、シミュレーションモデルＴＳＣに対して、及び／又は、これを用いて、複数の熱シミュレーションを実行することを含みうる。複数の熱シミュレーションは、ＴＳＣの反応態様モデルを含み、ＴＳＣを硬化させる際の複数の別個の処理条件について実行される。ＴＳＣの複数の別個の処理条件の例には、２３０における加熱中に用いられる複数の加熱環境温度、２３０における加熱中に用いられるＴＳＣの複数の異なる加熱速度、ＴＳＣの複数の異なる厚み、ＴＳＣの複数の異なる熱伝達係数、２３０における加熱中にＴＳＣを支持する支持マンドレルの複数の異なる厚み、及び／又は、支持マンドレルの複数の異なる熱伝達係数、のうちの１つ又は複数が含まれる。複数の熱シミュレーションは、少なくとも部分的には、ＴＳＣの硬化反応態様、及び／又は、ＴＳＣの熱伝達モデルに基づいていてもよい。
【００３４】
複数の熱シミュレーションのうちの１つの熱シミュレーションの例を図５に示す。同図において、ＴＳＣのＴＳＣ温度１１０、ＴＳＣの加熱に利用される加熱環境の環境温度１１２、及び、ＴＳＣのＳＯＣ１１４が、硬化時間の関数としてグラフで示されている。熱シミュレーションにおいては、この熱シミュレーションでは、環境温度を定常温度１１３まで上昇させた後、一定の期間、定常温度に維持し、その後、低下させている。加熱環境からの熱伝達を受けて、ＴＳＣ温度１１０が上昇して最高温度１１１に到達し、その後、環境温度１１２の低下を受けて低下している。最高温度１１１は、本明細書においては、実際のＴＳＣの加熱中に、実際のＴＳＣが到達した最高温度１１１とも呼ばれる。ＴＳＣ温度１１０で示されるように、ＴＳＣの全体的な熱サイクルに応答して、ＴＳＣのＳＯＣ１１４が最終ＳＯＣ１１５まで上昇する。
【００３５】
図６は、図５に示す熱シミュレーションを含む複数の熱シミュレーションについての時間関数として、ＴＳＣ温度１１０を示す。図６に示す様々なＴＳＣ温度１１０の曲線を得るために、レイアップマンドレル９０の様々な材料、レイアップマンドレル９０の様々な厚み、熱硬化性複合材レイアップ８０の様々な厚み、及び、図４に示すモデルＴＳＣ７０と加熱環境６２との間の様々な熱伝達係数について、複数の熱シミュレーションが実行される。図示された熱シミュレーションの各々においては、図４に示すＴＳＣが、いずれも同じ、所望の、及び／又は、目標のＳＯＣ（例えば、図５に示すように、約７５％）に硬化される。さらに、図示された熱シミュレーションの各々は、（例えば、図５に示す環境温度１１２によって示されるように）同じ加熱プロファイルを用いて実行されているが、これは必須ではなく、本開示の範囲には、複数の熱シミュレーションについて複数の異なる加熱プロファイルを用いる場合も含まれる。
【００３６】
２１４における処理相関の生成は、複数の熱シミュレーションの各々からの情報を利用することを含みうる。一例として、図７に示すように、２１４における生成は、複数の熱シミュレーションの各々について、最高温度１１１と、閾値温度１２０を超えているときの経過時間１２５とを特定することを含みうる。他の例として、図８に示すように、２１４における生成は、複数の熱シミュレーションの各々について、経過時間を、最高温度の関数としてグラフで表すことを含みうる。図８の１３０に示すように、図８のグラフは処理相関として利用することができる。このような処理相関は、図８に示す例では７５％など、特定のＳＯＣに対して作成することができる。
【００３７】
これに加え、或いはこれに代えて、図８に示すグラフは、本明細書で説明する処理相関関数１３４を得るために当てはめる曲線を示すとともに、図８に示すグラフを作成するために利用されるデータは、本明細書で説明する処理関数ルックアップテーブル（process correlation lookup table）を生成するために利用することもできる。処理相関関数１３４を用いると、経過時間と最高温度との間の適切な関数的関係を定義することができる。処理相関関数１３４の例としては、線形関数、多項式関数、及び／又は、円弧関数（arcuate function）が挙げられる。
【００３８】
２２０における上限温度閾値の選択は、２３０における加熱中に、ＴＳＣのための適切な上限温度閾値を選択することを含みうる。２２０における選択は、２３０における加熱の前に行われてもよい。方法２００が２２０における選択を含む場合、２３０における加熱は、ＴＳＣの最高温度を上限温度閾値よりも低く維持することを含みうる。
【００３９】
熱硬化性複合材は、加熱時、及び／又は、硬化時に発熱反応を起こしうる。この発熱反応は、本明細書においては発熱とも呼ばれる場合があり、この発熱により、ＴＳＣの温度が上昇したり、急上昇したり、ＴＳＣを加熱するために利用される加熱環境の温度よりも高くなったりする場合がある。このように、発熱反応により、ＴＳＣの温度の制御や調節が困難になる場合があるが、上限温度閾値を選択することにより、発熱のリスクを低減、及び／又は、回避することができ、これによって、２３０の加熱中、ＴＳＣの温度、及び／又は、ＴＳＣの最高温度をより正確に制御することができる。
【００４０】
これに加え、或いはこれに代えて、ＴＳＣに対して方法２００を実行した後、部分硬化ＴＳＣを利用して以降の製造ステップを実行する場合、これらのステップは、２３０の加熱中における部分硬化ＴＳＣの最高温度、及び／又は、ＴＳＣが閾値温度を超えているときの経過時間の影響を受ける場合がある。例えば、共接合処理でＴＳＣを用いる場合、ＴＳＣと未硬化ＴＳＣとの間の接合強度は、２３０における加熱中にＴＳＣが高温になることによって、悪影響を受ける可能性がある。したがって、２２０における選択によって、共接合処理における接合強度を向上させることができる。
【００４１】
２３０におけるＴＳＣの加熱は、任意の適切な方法によって、及び／又は、任意の適切な１つ又は複数の構造体を利用して、ＴＳＣを加熱することを含みうる。例えば、２３０における加熱は、ＴＳＣへの対流伝熱による加熱、ＴＳＣへの伝導伝熱による加熱、及び／又は、ＴＳＣへの放射熱伝達による加熱、のうちの１つ以上を含みうる。より具体的な例として、２３０における加熱は、図４に示す加熱アセンブリ６０などの加熱アセンブリ内で加熱を行うこと、及び／又は、２３０における加熱中にＴＳＣを支持する、図４に示すレイアップマンドレル９０などの支持マンドレルを加熱すること、を含みうる。
【００４２】
他の例として、２３０における加熱は、図４に示す加熱環境６２などの、ＴＳＣを取り囲む加熱環境において、当該加熱環境の温度を上昇させることにより加熱を行うことを含みうる。さらに別の例として、２３０における加熱は、ＴＳＣを熱源に曝すこと、及び／又は、熱源を利用して、ＴＳＣに熱エネルギーを加えること、を含みうる。これらの条件下においては、２４０における停止は、熱源を用いてＴＳＣに熱エネルギーを加えるのを停止することを含みうる。
【００４３】
２３０における加熱が熱源を用いた加熱を含む場合、２３０における加熱は、熱源の温度を、浸し温度（soak temperature）、すなわち、図５に示す定常温度１１３などの定常温度になるまで上昇させることと、閾値浸し時間に亘って熱源の温度を定常温度に維持することと、をさらに含みうる。定常温度は、閾値温度よりも高く、方法２００が２２０における選択を含む場合、定常温度は、上限温度閾値よりも低くてもよい。定常温度の例としては、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、少なくとも９３．３℃、少なくとも１００℃、少なくとも１１０℃、少なくとも１２０℃、少なくとも１３０℃、少なくとも１４０℃、少なくとも１５０℃、少なくとも１６０℃、少なくとも１７０℃、少なくとも１７９．４℃、少なくとも１８０℃、少なくとも１９０℃、少なくとも２００℃、最大２５０℃、最大２２５℃、最大２００℃、最大１９０℃、最大１８０℃、最大１７０℃、最大１６０℃、最大１５０℃、最大１４０℃、最大１３０℃、最大１２０℃、最大１１０℃、最大１００℃、及び／又は、最大９５℃の定常温度が挙げられる。
【００４４】
上述したように、２３０における加熱中、方法２００は、２３２においてＴＳＣの実温度を監視することと、２３４においてＴＳＣの最高温度を特定することと、２３６においてＴＳＣが閾値温度を超えているとき、すなわち当該温度よりも高くなっているときの経過時間を特定することと、を含む。２３２におけるＴＳＣの実温度の監視は、図４に示す温度検出器５２などの温度検出器を利用して、監視を行うことを含みうる。温度検出器の例としては、限定するものではないが、熱電対、抵抗熱検出器（ＲＴＤ）、及び／又は、赤外線（ＩＲ）温度センサなどが挙げられる。
【００４５】
２３２における監視は、ＴＳＣにおいて選択、指定、及び／又は、予設定された位置の選択温度を監視すること、ＴＳＣの平均温度を監視すること、及び／又は、ＴＳＣの最低温度を監視することを含みうるが、このような監視も本開示の範囲に包含される。これに加え、或いはこれに代えて、２３２における監視はまた、ＴＳＣの複数の離間した位置における、ＴＳＣの複数の実温度を監視することを含みうる。ＴＳＣの実温度は、本明細書においては、部品温度、ＴＳＣの部品温度、ＴＳＣの温度、ＴＳＣの測定温度、及び／又は、ＴＳＣの監視温度と呼ばれる。本開示の範囲には、ＴＳＣの実温度をＴＳＣ上で測定すること、或いは、温度検出器とＴＳＣの間の直接的な熱接触などにより直接測定することが包含される。これに加え、或いはこれに代えて、ＴＳＣの実温度を、当該ＴＳＣを取り囲む加熱環境の温度を知ることにより、間接的に測定、計算、及び／又は、推定することも、本開示の範囲に包含される。
【００４６】
２３４におけるＴＳＣの最高温度の特定は、２３０における加熱中にＴＳＣが到達する最高温度を測定、及び／又は、特定することを含みうる。２３２における監視が、ＴＳＣの単一の位置での温度、及び／又は、平均温度の監視を含む場合、最高温度とは、当該ＴＳＣの単一の位置における最高温度、及び／又は、ＴＳＣの平均温度の最大値をいうものとする。これに代えて、２３２における監視が、ＴＳＣにおける複数の離間した位置での温度監視を含む場合、ＴＳＣの最高温度とは、ＴＳＣにおける複数の離間した位置のうち最も温度が低い位置で測定されたＴＳＣの最低監視温度を含みうる。本明細書において、このような最低監視温度は、ＴＳＣの遅れ温度、及び／又は、遅れ温度検出器の温度と呼ばれる。最低監視温度は、部分硬化ＴＳＣにおける複数の離間した位置のうち、最も硬化の進んでいない位置の温度を示している。これによって、最低監視温度の位置におけるＳＯＣは、部分硬化ＴＳＣにおける複数の離間した位置のうち、最も低度のＳＯＣであろう。
【００４７】
２３６において、ＴＳＣが閾値温度を超えているときの経過時間を特定することは、ＴＳＣの実温度が閾値温度を超えた時点で開始し、且つ、上記停止が開始した時点で終了する期間を特定することを含みうる。この経過時間の例を図７に示し、同図を参照しながらより詳細に説明を行う。概して、図７には、ＴＳＣの温度が閾値温度を超えている時間全体が示されている。２４０における停止の後、ＴＳＣが閾値温度よりも低い温度になるまでにある程度の冷却時間が必要な場合があり、このため、ＴＳＣの温度が閾値温度を超える時間は、全体として、２３６において特定される経過時間よりも長い場合がある。これに加え、或いはこれに代えて、２３６における特定は、冷却時間の推定を含みうるため、推定冷却時間と、ＴＳＣの実温度が閾値温度を超えてから停止が行われるまでの時間との合計として、合計経過時間を推定してもよい。
【００４８】
２４０におけるＴＳＣの加熱の停止は、少なくとも部分的には、２３４における特定の工程において特定されるようなＴＳＣの最高温度、及び、２３６における特定の工程において特定されるような経過時間に基づいて停止することを含みうる。一例として、２４０における停止は、少なくとも部分的には、ＴＳＣの最高温度と経過時間との間の関係に基づいて停止すること、又は、停止を開始することを含みうる。このような関係の例を図８に示し、同図を参照しながらより詳細に説明を行う。
【００４９】
より具体的な例として、方法２００が、２１０における提供を含む場合、２４０における停止は、ＴＳＣが目標ＳＯＣに到達したか、或いは到達すること（例えば、ＴＳＣが部分的に硬化されたこと）を示す処理相関を受けて停止することを含みうる。他のより具体的な例として、方法２００が２１０における提供を含む場合、２４０における停止は、目標ＳＯＣに到達するためのものとしてＴＳＣの最高温度について設定された閾値経過時間を実測の経過時間が超えたことを受けて、停止することを含みうる。さらに他の具体的な例として、方法２００が２１０における提供を含む場合、２４０における停止は、現在の経過時間に対して目標ＳＯＣに到達するものとして設定された閾値最高温度を実測の最高温度が超えたことを受けて、停止することを含みうる。
【００５０】
２４０における停止は、任意の適切な方法で停止を実行することを含みうる。例えば、２４０における停止は、ＴＳＣの加熱を停止することを含みうる。他の例においては、２４０における停止は、２３０における加熱中、ＴＳＣを取り囲む加熱環境の温度を下げることを含みうる。
【００５１】
本開示の方法２００は、ＴＳＣを硬化するための従来の方法と比較していくつかの顕著な利点を提供することができる。一例として、上述したように、従来の方法は一般に、熱硬化性複合材が、少なくとも閾値時間に亘って閾値温度を上回るようにすることによって、熱硬化性複合材を完全に、或いは、少なくとも実質的に完全に硬化させるように構成されている。このように、従来技術の方法は、熱硬化性複合材が到達する最高温度を考慮しておらず、硬化処理において熱硬化性複合材が辿る温度変化を考慮しておらず、及び／又は、熱硬化性複合材のピーク発熱温度が上限閾値温度を超えるタイミングを考慮していない。上述したように、この結果として一般に、熱硬化性複合材の硬化が非効率的になったり、硬化処理が非効率的になったりする。
【００５２】
さらに、目標ＳＯＣによって部分硬化ＴＳＣを得る場合、当該部分硬化ＴＳＣは、完全に硬化させた同等のＴＳＣよりも優れた効果や特性を有する。例えば、部分硬化ＴＳＣは、完全に硬化させた同等のＴＳＣと比較して、吸湿性が低い。より具体的な例を挙げると、部分硬化ＴＳＣの吸湿性は、完全に硬化させた同等のＴＳＣの吸湿性よりも、０．０５重量パーセント（ｗｔ％）、０．１ｗｔ％、０．１５ｗｔ％、及び／又は、０．２ｗｔ％低く、部分硬化ＴＳＣのＳＯＣと完全に硬化させた同等のＴＳＣのＳＯＣとの差が大きいほど、この吸湿性の差も大きくなる。
【００５３】
これに対して、本開示の方法２００は、ＴＳＣを、完全に硬化された状態より前のＳＯＣなどの任意の適切なＳＯＣ（例えば、８０％未満、８５％未満、９０％未満、９５％未満、及び／又は、９９％未満のＳＩＣ）まで硬化させるように設計されている。方法２００は、閾値温度を超えた状態での経過時間と、ＴＳＣの最高温度との両方に基づいて硬化処理を制御するので、硬化処理中にＴＳＣが辿る温度変化が考慮されている。このように温度変化を考慮することで、ＴＳＣを、再現可能に、及び／又は、効率的に目標ＳＯＣまで硬化させるために必要な追加情報を得ることができる。方法２００は、硬化処理における硬化時間の調整が可能なため、停電による加熱の中断などの不測の事態にも対応可能である。
【００５４】
次に、図９〜１０を参照すると、本開示の実施形態は、図９に示すように航空機の製造及び保守方法９００、及び／又は、図１０に示すように航空機７００に関連させて説明することができる。生産開始前の工程として、例示的な方法９００は、航空機７００の仕様決定及び設計９０５と、材料調達９１０とを含みうる。生産中の工程としては、航空機７００の部品及び小組立品の製造９１５、並びに、システムインテグレーション９２０が行われる。その後、航空機７００は、認証及び納品９２５の工程を経て、使用９３０に入る。顧客による使用中、航空機７００は、定例の整備及び保守９３５（これは、改良、再構成、改修などを含みうる）に組み込まれる。
【００５５】
上記方法９００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又は、オペレータ（例えば、顧客）によって実行又は実施することができる。なお、システムインテグレータは、航空機メーカ、及び、主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、及び、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであってもよい。
【００５６】
図１０に示すように、例示的な方法９００によって製造される航空機７００は、複数のシステム７１２と内装７１４とを備えた機体７１０を含みうる。高水準システム７１２の例としては、推進系７１５、電気系７１６、油圧系７１７、及び、環境系７１８のうちの１つ又は複数が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。また、航空宇宙産業に用いた場合を例として説明したが、本発明の原理は、例えば自動車産業などの他の産業に適用してもよい。
【００５７】
既に述べたように、本明細書で具現化される方法は、製造及び保守方法９００における任意の１つ以上の段階で採用することができる。例えば、部品及び小組立品の製造工程９１５に対応する部品又は小組立品は、航空機７００の使用中に作製される部品又は小組立品と同様に作製又は製造することができる。また、１つ以上のシステムの実施形態、方法の実施形態、又は、それらの組み合わせを、例えば、製造工程である９１５及び９２０で用いることにより、実質的に航空機７００の組立速度を速めたりコストを削減したりすることもできる。同様に、１つ以上のシステムの実施形態、方法の実施形態、又は、それらの組み合わせを、航空機７００の使用中、例えば、限定するものではないが、整備及び保守９３５において用いてもよい。
【００５８】
次に、実施例に関連させて方法２００について説明する。実施例においては、図８に示す処理相関１３０などの処理相関を用いて、ＴＳＣを目標ＳＯＣに硬化するための最高温度及び対応する経過時間が得られる処理条件１３２を選択した。この実施例においては、処理条件１３２は、最高温度が３２６．７°Ｆ（１６３．７℃）で、経過時間が１０４分という条件に相当する。図８の処理相関１３０は、モデルシミュレーションに基づくものであって、ＴＳＣを約７５％のＳＯＣにする条件を提供すると予測されるものである。
【００５９】
続いて、ＴＳＣをオートクレーブに入れた。オートクレーブ内の環境温度１１２を、周囲温度から約３４０°Ｆ（１７１℃）の定常温度１１３まで上昇させた後、周囲温度まで下げる熱サイクルを実行した。これと同時に、ＴＳＣ温度１１０を監視したところ、環境温度１１２の上昇を受けて、ＴＳＣ温度１１０が３２６．７°Ｆ（１６３．７℃）の最高温度１１０に上昇した。さらに、図７に示すように、ＴＳＣを、１０４分の経過時間１２５の間、２８０°Ｆ（１３８℃）の閾値温度１２０を超えた状態に維持した。この熱サイクルによって、ＴＳＣが約７４．７％のＳＯＣに硬化された。
【００６０】
本開示による発明の要旨の例示的且つ非排他的な例は、以下に列挙する付記に記載されている。
【００６１】
Ａ１．熱硬化性複合材（ＴＳＣ）を目標硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化させる方法であって、
閾値温度を超えるまで前記ＴＳＣを加熱すること、
前記加熱中において、
（i）前記ＴＳＣの実温度を監視すること、
（ii）前記ＴＳＣが到達した最高温度を特定すること、
（iii）前記ＴＳＣの前記実温度が前記閾値温度を超えているときの経過時間を特定すること、
少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの前記最高温度と前記経過時間とに基づいて前記加熱を停止すること、を含む、方法。
【００６２】
Ａ２．前記停止は、少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの前記最高温度と前記経過時間との間の関係に基づいている、付記Ａ１に記載の方法。
【００６３】
Ａ３．前記方法は、前記ＴＳＣの前記目標ＳＯＣについて、処理相関又は較正を提供することをさらに含む、付記Ａ１又はＡ２に記載の方法。
【００６４】
Ａ４．前記処理相関は、前記目標ＳＯＣに到達するための前記経過時間と前記ＴＳＣの前記最高温度との組み合わせを特定するものである、付記Ａ３に記載の方法。
【００６５】
Ａ５．所与の目標ＳＯＣについての処理相関は、別の目標ＳＯＣについての処理相関とは異なる、付記Ａ３に記載の方法。
【００６６】
Ａ６．所与の閾値温度についての処理相関は、別の閾値温度についての処理相関とは異なる、付記Ａ３〜Ａ５のいずれかに記載の方法。
【００６７】
Ａ７．前記処理相関は、
（i）前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度の値と対応する前記経過時間の値との間の関数的な関係を示す処理相関曲線、
（ii）前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度の値と対応する前記経過時間の値との対を表示する処理相関ルックアップテーブル、
（iii）前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度の値と対応する前記経過時間の値との関数的な関係を示す処理相関関数、のうちの少なくともいずれか１つを含む、付記Ａ３〜Ａ６のいずれかに記載の方法。
【００６８】
Ａ８．（i）前記処理相関が、前記ＴＳＣの半経験的モデル、前記ＴＳＣの硬化反応態様、及び、前記ＴＳＣの熱伝達モデルから導出されたものであるか、
（ii）前記方法が、前記ＴＳＣの半経験的モデル、前記ＴＳＣの硬化反応態様、及び、前記ＴＳＣの熱伝達モデルから前記処理相関を導出することをさらに含むか、
（iii）前記処理相関が実験的に導出されたものであるか、
（iv）前記方法が、前記処理相関を実験的に導出することをさらに含むか、のうちの少なくとも１つを満たす、付記Ａ３〜Ａ７のいずれかに記載の方法。
【００６９】
Ａ９．前記停止は、前記ＴＳＣが前記目標ＳＯＣに到達した旨を示す前記処理相関を受けて、停止を実行することを含む、付記Ａ３〜Ａ８のいずれかに記載の方法。
【００７０】
Ａ１０．前記停止は、前記目標ＳＯＣに到達するための前記最高温度についての閾値経過時間を経過時間が超えたことを受けて、停止を実行することを含む、付記Ａ１〜Ａ９のいずれかに記載の方法。
【００７１】
Ａ１１．前記停止は、前記目標ＳＯＣに到達するための前記経過時間についての閾値最高温度を前記最高温度が超えたことを受けて、停止を実行することを含む、付記Ａ１〜Ａ１０のいずれかに記載の方法。
【００７２】
Ａ１２．前記処理相関の提供は、複数の別個の処理条件について、前記ＴＳＣの硬化反応速度モデルを含む複数の熱シミュレーションを実行することと、前記複数の熱シミュレーションから前記処理相関を生成することと、を含み、前記複数の熱シミュレーションの各々は、前記目標ＳＯＣになるまで前記ＴＳＣを硬化させることをモデル化するものである、付記Ａ３〜Ａ１１のいずれかに記載の方法。
【００７３】
Ａ１３．前記複数の別個の処理条件は、
（i）前記ＴＳＣの加熱中に用いられる複数の異なる加熱環境温度、
（ii）前記ＴＳＣの複数の異なる加熱速度、
（iii）前記ＴＳＣの複数の異なる厚み、
（iv）前記ＴＳＣの複数の異なる熱伝達係数、
（v）前記加熱中に前記ＴＳＣを支持する支持マンドレルの複数の異なる厚み、
（vi）前記支持マンドレルの複数の異なる熱伝達係数、のうちの少なくとも１つを含む、付記Ａ１２に記載の方法。
【００７４】
Ａ１４．前記複数の熱シミュレーションは、少なくとも部分的には、前記ＴＳＣの硬化反応態様及び熱伝達モデルに基づく、付記Ａ１２又はＡ１３に記載の方法。
【００７５】
Ａ１５．前記方法は、前記加熱の前に、前記加熱中の前記ＴＳＣの上限温度閾値を選択することをさらに含み、前記加熱は、前記ＴＳＣの前記最高温度を前記上限温度閾値よりも低く維持することを含む、付記Ａ１〜Ａ１４のいずれかに記載の方法。
【００７６】
Ａ１６．前記加熱は、
（i）前記ＴＳＣへの対流伝熱による加熱、
（ii）前記ＴＳＣへの伝導伝熱による加熱、
（iii）前記ＴＳＣへの放射伝熱による加熱、のうちの少なくとも１つを含む、付記Ａ１〜Ａ１５のいずれかに記載の方法。
【００７７】
Ａ１７．前記加熱は、
（i）炉に入れて加熱すること、
（ii）オートクレーブに入れて加熱すること、
（iii）前記加熱中に、前記ＴＳＣを支持する支持マンドレルを加熱すること、のうちの少なくとも１つを含む、付記Ａ１〜Ａ１６のいずれかに記載の方法。
【００７８】
Ａ１８．前記加熱は、前記ＴＳＣを取り囲む加熱環境の温度を上昇させることで、前記加熱環境において加熱を行うことを含む、付記Ａ１〜Ａ１７のいずれかに記載の方法。
【００７９】
Ａ１９．前記加熱は、前記ＴＳＣを熱源に曝すことを含む、付記Ａ１〜Ａ１８のいずれかに記載の方法。
【００８０】
Ａ２０．前記加熱は、前記熱源から前記ＴＳＣに熱エネルギーを加えることを含む、付記Ａ１９に記載の方法。
【００８１】
Ａ２１．前記停止は、前記熱源から前記ＴＳＣに熱エネルギーを加えるのを停止することを含む、付記Ａ２０に記載の方法。
【００８２】
Ａ２２．前記加熱は、前記熱源の温度をソーク温度まで上昇させることと、前記熱源の温度を前記ソーク温度に維持することと、を含む、付記Ａ１９〜Ａ２１のいずれかに記載の方法。
【００８３】
Ａ２３．前記ソーク温度は、
（i）前記最高温度より高いか、或いは、
（ii）上限温度閾値より低いか、のうちの少なくともいずれか一方である、付記Ａ２２に記載の方法。
【００８４】
Ａ２４．前記ソーク温度は、
（i）少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、少なくとも９３．３℃、少なくとも１００℃、少なくとも１１０℃、少なくとも１２０℃、少なくとも１３０℃、少なくとも１４０℃、少なくとも１５０℃、少なくとも１６０℃、少なくとも１７０℃、少なくとも１７９．４℃、少なくとも１８０℃、少なくとも１９０℃、又は、少なくとも２００℃であるか、或いは、
（ii）最大２５０℃、最大２２５℃、最大２００℃、最大１９０℃、最大１８０℃、最大１７０℃、最大１６０℃、最大１５０℃、最大１４０℃、最大１３０℃、最大１２０℃、最大１１０℃、最大１００℃、又は、最大９５℃であるか、のうちの少なくとも一方である、付記Ａ２２又はＡ２３に記載の方法。
【００８５】
Ａ２５．前記停止は、前記ＴＳＣに熱を加えるのを停止することを含む、付記Ａ１〜Ａ２４のいずれかに記載の方法。
【００８６】
Ａ２６．前記停止は、前記ＴＳＣを取り囲む加熱環境の温度を下げることを含む、付記Ａ１〜Ａ２５のいずれかに記載の方法。
【００８７】
Ａ２７．前記ＴＳＣの実温度の監視は、温度検出器を用いて監視を行うことを含み、任意ではあるが、前記温度検出器は、
（i）熱電対、
（ii）抵抗熱検出器、
（iii）赤外線温度センサ、のうちの少なくとも１つを含む、付記Ａ１〜Ａ２６のいずれかに記載の方法。
【００８８】
Ａ２８．前記ＴＳＣの実温度の監視は、
（i）前記ＴＳＣにおける選択位置の選択温度を監視すること、
（ii）前記ＴＳＣの平均温度を監視すること、
（iii）前記ＴＳＣにおいて測定された最低温度を監視すること、のうちの少なくとも１つを含む、付記Ａ１〜Ａ２７のいずれかに記載の方法。
【００８９】
Ａ２９．前記ＴＳＣの実温度の監視は、前記ＴＳＣにおける複数の離間した位置の複数の実温度を監視することを含む、付記Ａ１〜Ａ２８のいずれかに記載の方法。
【００９０】
Ａ３０．前記ＴＳＣの最高温度は、前記ＴＳＣにおける前記複数の離間した位置のうち最も温度が低い位置で測定された、前記ＴＳＣにおける最低監視温度である、付記Ａ２９に記載の方法。
【００９１】
Ａ３１．前記経過時間の特定は、前記ＴＳＣの前記実温度が前記閾値温度を超えた時点から、前記停止を開始した時点までの時間を特定することを含む、付記Ａ１〜Ａ３０のいずれかに記載の方法。
【００９２】
Ａ３２．前記目標ＳＯＣは、
（i）前記ＴＳＣに含まれる樹脂の目標架橋率、
（ii）前記ＴＳＣの前記樹脂の目標反応転化率、のうちの少なくとも一方を含む、付記Ａ１〜Ａ３１のいずれかに記載の方法。
【００９３】
Ａ３３．前記目標ＳＯＣは、
（i）少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、又は、少なくとも９０％であるか、或いは、
（ii）最大９５％、最大９０％、最大８５％、最大８０％、最大７５％、最大７０％、最大６５％、最大６０％、最大５０％、又は、最大４０％であるか、のうちの少なくとも一方である、付記Ａ１〜Ａ３２のいずれかに記載の方法。
【００９４】
Ａ３４．前記熱硬化性複合材は、複合材料からなる複数のプライを含む、付記Ａ１〜Ａ３３のいずれかに記載の方法。
【００９５】
Ａ３５．前記熱硬化性複合材は、複数のファイバと熱硬化性樹脂とを含むか、或いは、これらにより形成されている、付記Ａ１〜Ａ３４のいずれかに記載の方法。
【００９６】
Ａ３６．前記熱硬化性樹脂は、熱硬化性エポキシを含む、付記Ａ３５に記載の方法。
【００９７】
Ｂ１．熱硬化性複合材を硬化させるためのシステムであって、
加熱環境の温度を調節する加熱アセンブリと、
前記加熱環境内に配置された支持マンドレルと、
前記加熱環境内に配置されるとともに、前記支持マンドレルに支持された熱硬化性複合材と、
前記熱硬化性複合材の実温度を監視するように構成された温度検出器と、
付記Ａ１〜Ａ３６のいずれかの方法を用いて、前記温度検出器から前記熱硬化性複合材の温度を受信して、前記加熱アセンブリの動作を制御することにより前記加熱環境の温度を制御するようにプログラムされたコントローラと、を含むシステム。
【００９８】
Ｃ１．熱硬化性複合材（ＴＳＣ）を目標硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化させるための、付記Ａ１〜Ａ３６のいずれかに記載の方法、又は、付記Ｂ１に記載のシステムの使用。
【００９９】
Ｄ１．付記Ａ１〜Ａ３６のいずれかに記載の方法を用いて、目標硬化状態（ＳＯＣ）まで硬化された熱硬化性複合材（ＴＳＣ）。
【０１００】
本明細書において、「選択的」及び「選択的に」なる用語は、ある装置における１つ以上のコンポーネント若しくは要素の動作、挙動、構成、又は、その他の機能を変更する場合、その特定の動作、挙動、構成、又は、その他の機能が、当該装置の態様、又は、１つ以上のコンポーネントに対するユーザ操作の直接的、或いは、間接的な結果であることを意味する。
【０１０１】
本明細書において、「適合化されている」及び「構成されている」という用語は、要素、コンポーネント、又は、他の要部が、所定の機能を実行するように設計、及び／又は、意図されていることを意味する。したがって、「適合化されている」及び「構成されている」という用語の使用は、ある要素、コンポーネント、又は、他の要部が、単に所定の機能を実行することが「できる」ということを意味すると解釈されるべきではなく、当該要素、コンポーネント、及び／又は、他の要部が、その機能を実行するために、具体的に、選択、作製、実施、利用、プログラム、及び／又は、設計されていることを意味すると解釈されるべきである。また、特定の機能を実行するように適合化されたものとして記載された要素、コンポーネント、及び／又は、他の要部が、これに加えて、或いはこれに代えて、当該機能を実行するように構成されたものとして記載されること、及び、その逆も、本開示の範囲に包含される。同様に、特定の機能を実行するように構成されたものとして記載された要部が、これに加え、或いはこれに代えて、当該機能を実行するように動作するものとして記載される場合もある。
【０１０２】
本明細書において、１つ又は複数の対象物に言及した「少なくとも１つ」という表現は、対象物のリストにおける１つ又は複数の対象物から選択された少なくとも１つの対象物を意味すると理解されるべきであり、必ずしも対象物のリストに具体的に列記された全ての対象物の各々を少なくとも１つ含むものではなく、また、リストにある対象物のいかなる組み合わせも排除するものでもない。この定義によれば、「少なくとも１つの」という表現が関連付けられている対象物のリストに具体的に明記されていない対象物が、これらの具体的に明記されたものに対する関連の有無にかかわらず、任意で存在することも可能になる。したがって、非限定的な例として、「Ａ及びＢのうちの少なくとも一方」（又は、同様の意味合いで、「Ａ又はＢのうちの少なくとも一方」、又は、同様の意味合いで「Ａ及び／又はＢのうちの少なくとも一方」）という表現は、一実施形態においては、少なくとも１つの、任意で２つ以上のＡを含み、Ｂが存在しない（任意でＢ以外の実体を含む）ことを指す場合があり、別の実施形態においては、少なくとも１つの、任意で２つ以上のＢを含み、Ａが存在しない（任意でＡ以外のものを含む）ことを指す場合があり、さらに別の実施形態では、少なくとも１つの、任意で２つ以上のＡと、少なくとも１つの、任意で２つ以上のＢと、（任意でその他のもの）を含むことを指す場合がある。すなわち、「少なくとも１つの」、「１つ以上の」、並びに、「及び／又は」という表現は、オープンエンド型の表現であり、連言的機能と選言的機能の両方を有する。例えば、「Ａ、Ｂ、及び、Ｃのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、又は、Ｃのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及び、Ｃのうちの１つ以上」、「Ａ、Ｂ、又は、Ｃのうちの１つ以上」、「Ａ、Ｂ、及び／又は、Ｃ」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢの両方、ＡとＣの両方、ＢとＣの両方、ＡとＢとＣの全て、そして、任意で、上記のいずれかと少なくとも１つの他のものとの組み合わせ、を意味しうる。
【０１０３】
本明細書に開示した様々な装置の要素及び方法のステップは、本開示による装置及び方法の全てに必須というわけではなく、本開示は、本明細書で開示した様々な要素及びステップの新規且つ非自明な組み合わせ及び部分的組み合わせを、全て包含するものである。また、本明細書に開示した種々の要素及びステップの１つ又は複数は、開示された装置又は方法の全体とは別個の独立した発明の要旨を規定する場合がある。したがって、そのような発明の要旨は、本明細書に明示的に開示した特定の装置及び方法と関連付けられている必要はなく、本明細書に明示的に開示されていない装置及び／又は方法に有用性がある可能性がある。
【０１０４】
本明細書において、「例えば」という表現、「例として」という表現、及び／又は、単に「例」という表現が、本開示による１つ以上のコンポーネント、特異部、詳細項目、構造体、実施形態、及び／又は、方法と共に用いられている場合、記載されているコンポーネント、特異部、詳細項目、構造体、実施形態、及び／又は、方法が、本開示によるコンポーネント、特異部、詳細項目、構造体、実施形態、及び／又は、方法の、例示的且つ非排他的な例であるということを意図している。したがって、本開示に記載されているコンポーネント、特異部、詳細項目、構造体、実施形態、及び／又は、方法は、限定的、必須、又は、排他的／包括的であることを意図したものではなく、構造的、及び／又は、機能的に類似、及び／又は、均等であるコンポーネント、特異部、詳細項目、構造体、実施形態、及び／又は方法を含む他のコンポーネント、特異部、詳細項目、構造体、実施形態、及び／又は、方法もまた、本開示の範囲に含まれる。
【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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【国際調査報告】
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