特許 6419005 導電性を向上させた複合材料及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6419005

(24)【登録日】2018年10月19日

(45)【発行日】2018年11月7日

(54)【発明の名称】導電性を向上させた複合材料及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/88 20060101AFI20181029BHJP

   B29C 70/10 20060101ALI20181029BHJP

   B29C 70/28 20060101ALI20181029BHJP

   C08J 5/24 20060101ALI20181029BHJP

   B32B 38/18 20060101ALI20181029BHJP

【ＦＩ】

   B29C70/88

   B29C70/10

   B29C70/28

   C08J5/24CFC

   B32B38/18 E

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2015-65981(P2015-65981)

(22)【出願日】2015年3月27日

(65)【公開番号】特開2016-44302(P2016-44302A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2018年3月13日

(31)【優先権主張番号】14/468,227

(32)【優先日】2014年8月25日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】キース・ダニエル・フムフェルド

【審査官】 ▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１１１０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２０１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２９４６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０６−５０９２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１７６１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５６２０１１０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０３１１３７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０７９４７７７３（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 米国特許第０８０７１１７１（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ７０／００−７０／８８

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｂ２９Ｂ １１／１６

Ｂ２９Ｂ １５／０８−１５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４−５／１０

Ｃ０８Ｊ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造体に磁場（３４０）を印加するステップ（９０４）であって、前記構造体が、導電性の粒子（２２０）をドープした粘性の母材（２１８）を浸透させた強化材料（２１６）の複数の層（２０２〜２１４）を含み、前記磁場（３４０）が、前記粒子（２２０）を１つ以上の導電経路（３５０）内に配列する、ステップ（９０４）と、
前記強化材料（２１６）の複数の層に対して前記１つ以上の導電経路（３５０）を所定の位置に固定するために、前記母材（２１８）を硬化した状態に硬化させるステップとを含む複合材料を製造する方法。

【請求項2】

前記母材（２１８）を硬化した状態に硬化させた後に、前記磁場（３４０）を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記磁場（３４０）を印加するステップ（９０４）が、前記強化材料（２１６）の複数の層（２０２〜２１４）に対して互いに対向して配置された少なくとも一対のソレノイド（５７０）によって前記磁場（３４０）を生成することを含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数の層（２０２〜２１４）が、ｚ方向に積み重ねられた少なくとも２つの繊維強化材料（２１６）の層を含み、前記印加するステップが、ｚ方向と実質的に平行に、前記少なくとも２つの繊維強化材料（２１６）の層を通って、前記磁場（３４０）の磁力線が延伸するように、前記磁場（３４０）を生成することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記粒子（２２０）の大部分が常磁性材料製であり、前記印加するステップによって、複数の前記粒子（２２０）が、少なくとも１つの前記導電経路（３５０）を形成するように鎖状に連結される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記母材（２１８）が誘電材料製であり、前記印加するステップが、複数の前記粒子（２２０）が電気的に相互接続されていることを特徴とする少なくとも１つの導電経路（３５０）となるように、複数の前記粒子（２２０）を配列する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記硬化させるステップが、前記母材（２１８）に熱エネルギーを印加することを含み、及び／又は、
前記印加するステップ及び前記硬化させるステップが、少なくとも部分的に並行して行われる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記印加するステップが、前記母材（２１８）が所定の粘度に達するまで、前記磁場（３４０）を印加することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

それぞれがｚ方向に厚さを有する、強化材料（２１６）の複数の層（２０２〜２１４）と、
前記強化材料（２１６）の複数の層（２０２〜２１４）に浸透している母材（２１８）と、
前記母材（２１８）内に配置され、ｚ方向に導電性の向上をもたらすように非ランダムに配列された、複数の導電性の粒子（２２０）とを含む複合材料。

【請求項10】

５０％より多くの前記粒子（２２０）が、実質的にｚ方向に延伸する１つ以上の導電性の鎖（３５０、３５４、３５８）を形成し、各鎖（３５０、３５４、３５８）が、互いに電気的に接触する２つ以上の前記粒子（２２０）を含む、請求項９に記載の複合材料。

【請求項11】

前記粒子（２２０）が常磁性材料製であり、１本以上の前記鎖（３５０、３５４、３５８）が、前記層（２０２〜２１４）のうち１つに含まれている隣接する繊維同士の間の隙間を通って延伸している、請求項１０に記載の複合材料。

【請求項12】

前記粒子（２２０）の大部分が、それぞれ、隙間の幅よりも短い長さを有する、請求項９から１１のいずれか一項に記載の複合材料。

【請求項13】

各粒子（２２０）が１よりも大きいアスペクト比を有し、前記アスペクト比が、各粒子の長さを各粒子の長さ方向に直交する各粒子の別の寸法で割ったものとして定義される、請求項９から１２のいずれか一項に記載の複合材料。

【請求項14】

前記複数の層（２０２〜２１４）が、炭素繊維の積み重ねられた層を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の複合材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複合材料に関する。さらに詳細には、開示されている実施形態は、導電性を向上させた複合材料の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複合材料は、通常、物理的又は化学的特性が著しく異なる、２つ以上の構成材料で作られている。通常、構成材料は、樹脂（例えば熱硬化性エポキシ）等の母材（結合材）、及び複数の繊維（例えば炭素繊維）等の強化材料を含む。構成材料が組み合わされると、その構成材料が複合材料の完成構造内で、実質的に分離し、性質が異なるままであっても、通常は、個々の構成材料とは異なった特徴を持つ複合材料を生成する。

【0003】

複合材料は、多くの理由で、好ましい場合がある。例えば、複合材料は、従来の材料よりも強く、かつ／又は軽い。その結果、複合材料は、一般に、乗物（例えば航空機、自動車、ボート、自転車、及び／又はその構成部品）、ならびに乗物でない構造物（例えばビル、橋、水泳用プールのパネル、シャワー室、浴槽、貯蔵タンク、及び／又はその構成部品）等の、様々な物を構築するために使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願第１４／２７６９１８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

炭素繊維強化ポリマー（ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ，ＣＦＲＰ）等の様々な複合材料は、通常は、特にその厚さのために、比較的低レベルの導電性を示す。しかし、そのような低レベルの導電性は、一部の用途において、望ましくない場合がある。したがって、導電性を向上させた複合材料、及びその製造方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

複合材料は、１つ以上の強化材料の層と、母材と、複数の導電性粒子とを含み得る。強化材料の１つ以上の層は、それぞれがｚ方向に厚さを有し得る。母材は、強化材料の１つ以上の層に浸透することができる。粒子は、母材内に配置され、ｚ方向に導電性の強化をもたらすように非ランダムに配列される。

【0007】

複合材料を製造する方法は、粘性の母材を浸透させた、１つ以上の強化材料の層を設けるステップを含み得る。母材は、導電性粒子でドープされ得る。この方法は、粒子を１つ以上の導電経路内に配列するために、磁場を印加するステップをさらに含む。さらに、この方法は、強化材料の１つ以上の層に対して、１つ以上の導電性粒子を所定の位置に固定するために、実質的に硬化した状態に母材を硬化させるステップをさらに含む。

【0008】

複合材料を製造する別の方法は、強化材料の複数の層、及び粘性の母材を含む構造体を提供するステップを含み得る。強化材料の複数の層は、ｚ方向に互いに積み重なり得る。母材は、常磁性の導電性粒子でドープでき、強化材料の複数の層に浸透することができる。この方法は、実質的にｚ方向に延伸する、１つ以上の導電経路を形成するために、粒子をｚ方向に対して配列するように、この構造体に磁場を印加するステップをさらに含む。さらに、この方法は、母材、及び強化材料の複数の層に対して、１つ以上の導電経路を所定の位置に実質的に固定するために、母材を硬化させるステップをさらに含む。

【0009】

本開示は、様々な複合材料、及びその製造方法を提供する。一部の実施形態において、方法は、磁場を用いて、常磁性の粒子が導電性の鎖となるように配列することと、母材及び強化材料の複数の層に対して、鎖を所定の位置に固定するために、粒子が配置された母材が、実質的に硬化した状態に硬化するまで、その鎖を所定の位置に保持することとを含み得る。一部の実施形態において、粒子は、各粒子が幅よりも大きい長さを有するような、１よりも大きいアスペクト比を有し得る。一部の実施形態において、強化材料は、複数の分離した繊維を含み得る。強化材料の、分離した繊維同士の間の隙間は、粒子の長さよりも広くすることができ、これにより、印加された磁場によってもたらされる配列処理中に、１つ以上の粒子が、隙間の中でより容易に回転できるようになる。一部の実施形態において、鎖は、実質的に強化材料の複数の層が積み重なっている方向に延伸することによって、導電性を向上させることができる。他の実施形態において、鎖は、積み重なっている方向と実質的に垂直、又はその他の任意適当な方向に延伸することによって、導電性を向上させることができる。その特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施形態において独立して実現されるか、又はさらに別の実施形態と組み合わせることができ、それについては、以下の説明及び図面を参照して、さらに詳細に理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】強化材料の複数の層、及び母材を含む複合材料を示す断面図であって、導電性を向上させるための導電経路が、二点短鎖線で図示されている。

【図2】導電性粒子でドープした粘性の母材を示す概略図であって、図１に示されているものと同様に、粘性の母材は、ｚ方向に積み重ねられた強化材料の複数の層に浸透している。

【図3】実質的にｚ方向に延伸する複数の導電経路を形成するために、印加された磁場による粒子の配列を示す概略図である。

【図4】例示的な硬化サイクルのグラフであって、母材を硬化させるために実行することができ、それによって、母材及び強化材料に対して、導電経路を所定の位置に実質的に固定する。

【図5】図３と類似した概略図であるが、印加された磁場を示しており、この磁場は、類似した導電経路の構成内に粒子を配列するために、強化材料に対して、互いに対向して配置された複数のソレノイドで生成される。

【図6】図３と類似した概略図であるが、ｚ方向に実質的に垂直な方向に粒子を配列するように構成された、印加された磁場を示している。

【図7】複合材料を製造する方法を示す、フローチャートである。

【図8】複合材料を製造する別の方法を示す、フローチャートである。

【図9】複合材料を製造する別の方法を示す、フローチャートである。

【図10】複合材料を製造する別の方法を示す、フローチャートである。

【図11】例示的なデータ処理システムの、様々な構成要素の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

導電性を向上させた複合材料、及びその製造方法の様々な実施形態が、以下に説明され、関連する図面に示される。特に指定がない限り、材料（又はその製造方法）及び／又はその様々な構成要素は、本明細書で説明され、例示され、及び／又は組み入れられた、構造、構成要素、機能性、及び／又は変更のうちの少なくとも１つを含んでもよいが、含んでいることを必要とされるものではない。さらに、本教示と関連して、本明細書で説明され、例示され、及び／又は組み入れられた、構造、構成要素、機能性、及び／又は変更は、他の類似の複合材料（又はその製造方法）に含まれてもよいが、含まれることを必要とされるものではない。以下の様々な実施形態の説明は、単に例示にすぎず、本開示、その適用又は使用を限定するものではない。また、本実施形態によって提供される利点は、以下に述べるように例示にすぎず、必ずしも全ての実施形態が、同一の利点、又は同程度の利点を提供するものではない。

【0012】

以下の例で、例示的な複合材料（及び／又はその製造方法）の、選択された態様について説明する。これらの例は、例示を意図しており、本開示の全範囲を限定するものと解釈されるべきではない。それぞれの例は、１つ以上の異なる発明、ならびに／あるいは、文脈上の、又は関連する情報、機能、及び／又は構造を含み得る。

【0013】

（実施例１）
この例では、図１を参照して、強化材料の複数の層（すなわち複数層）及び母材を含む例示的な複合材料１００について説明する。

【0014】

この例において、複合材料１００は、母材１０２と、強化材料１１８の第１、第２、第３、第４、第５、第６、及び第７の層１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６とを含む。示されているように、層１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６は、ｚ方向（すなわち積み重ねられた、又は積み重なっている方向）Ｄ１に、互いに積み重ねられている。さらに、各層１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６は、母材１０２が浸透しているｚ方向Ｄ１に厚さを有している。図１から推測されるように、ｚ方向Ｄ１は、強化材料の層の１つによって画定された平面に垂直、複合材料１００によって画定された平面に垂直、及び／又は前述のいずれか１つの局所的な部分で画定された平面に垂直な方向であり得る。

【0015】

母材１０２は、層１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６に浸透、及び／又はそれらを接合するための、任意適当な材料とすることができる。例えば、母材１０２は、航空宇宙グレードのエポキシ樹脂等の、熱硬化性ポリマーであってもよい。

【0016】

強化材料１１８は、示されているように、分離した炭素繊維を含む材料等の繊維材料とすることができ、テープ構成で提供され得る。特に、繊維１１８は、それぞれ約５〜７マイクロメートル（μｍ）の直径を有し、隣接する繊維１１８同士の間の隙間は、それぞれ約１μｍの幅を有し得る。他の実施形態において、繊維材料は、織布等の、別の適切な構成で提供され得る。

【0017】

図１において、各層は、類似の強化材料を含んでいることが示されているが、隣接する層に対して、図の平面と上下に平行な軸線を中心に、約４５度回転している。特に、層１０４の強化材料１１８は、図の平面に対して実質的に４５度の角度を形成し、層１０４の各繊維は、図の内側に向かって右方向に突出し、図の外側に向かって左方向に突出している。層１０６の強化材料１１８は、層１０６の強化材料１１８が図に実質的に垂直であるように、層１０４の強化材料１１８に対して、軸線を中心に実質的に４５度回転させ得る、等である。さらに詳細には、層１０６の強化材料１１８は、層１０４の強化材料１１８に対して約４５度で角度変位し得る。層１０８の強化材料１１８は、層１０４の強化材料１１８に対して約９０度で角度変位し得る。層１１０の強化材料１１８は、層１０４の強化材料１１８に対して約１３５度で角度変位し得る。層１１２の強化材料１１８は、層１０４の強化材料１１８に対して約１８０度で角度変位し得る。層１１４の強化材料１１８は、層１０４の強化材料１１８に対して約２２５度で角度変位し、層１１６の強化材料１１８は、層１０４の強化材料１１８に対して約２７０度で角度変位し得る。

【0018】

しかし、他の実施形態において、強化材料の層は、互いに対して他の方向を有していてもよく、かつ／あるいは異なる層が、異なる種類の強化材料を含んでいてもよい。例えば、最上層及び／又は最下層は、ガラス繊維製の織布層であってもよく、あるいは中間層は、ハニカム状構造の材料製の強化材料を含んでいてもよい。さらに、他の実施形態は、例えば１２０層や、１層のみ等、より多くの、又はより少ない層を含んでいてもよい。さらに、他の実施形態は、示されているよりも薄いか、又はより大きい厚さを有する層を含んでいてもよい。例えば、一部の実施形態は、図１に示されているものの約３倍の厚さを有する層を含んでいてもよい。

【0019】

強化材料１１８は、適度な導電性を有することができ、母材１０２は、ポリマー樹脂等の誘電材料とすることができる。したがって、複合材料１００は、層１０４、１０８、１１０、１１２、１１６の強化材料１１８を通じてｘ方向（すなわち図に対して水平方向）に、及び層１０４、１０６、１０８、１１２、１１４、１１６の強化材料１１８を通じてｙ方向（すなわち図に対して垂直）に、適度な導電性を有し得る。しかし、強化材料１１８の隣接する（繊維等の）部分同士の間の隙間が、誘電性の母材１０２で充填されることによって、これらの隣接部分同士の間の導電性が阻害され、ｚ方向Ｄ１における導電性が比較的低くなる。

【0020】

このような構成においては、複合材料１００に入射した電流が放散しにくくなる場合があり、複合材料１００の関連する層の損傷の原因となる。例えば、複合材料１００の第１の面１００ａに入射した電流は、面１００ａ及び／又は層１０４に近い母材１０２に集中する場合がある。さらに、複合材料１００の第２の面１００ｂに入射した電流は、面１００ｂ及び／又は層１１６に近い母材１０２に集中する場合がある。

【0021】

しかし、以下でより詳細に説明するように、例えば、母材を（例えば常磁性の材料で作られた）導電性粒子でドープすることと、粒子を１つ以上の導電経路の中に配列するために、母材の粘度が低いときに母材に磁場を印加することと、経路を所定の位置に固定するために、母材を少なくとも実質的に硬化した状態に硬化させることとによって、所望の方向における導電性を向上させ得ることを、本出願者は発見した。特に、縦の二点短鎖線で概略的に図示されている導電経路１５０、１５４等（図３及び図５も参照）等、このような電気経路を、複合材料の厚さを通してｚ方向に形成することによって、電流の集中を低減することができる。さらに、横の二点短鎖線で概略的に図示されている導電経路１６０、１６４等、複合材料のｘ及び／又はｙ方向（層の平面内等）に延伸する電気経路を形成することによって（図６も参照）、特定の層を流れ得る電流の量を、その層の材料に損傷を与えることなく、増加させることができる。

【0022】

（実施例２）
この例では、図２〜図６を参照して、ｚ方向Ｄ２に積み重ねられた強化材料（繊維２１６等）の層２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４を含む例示的な複合材料２００と、導電性粒子２２０でドープした母材２１８ついて説明する。

【0023】

層２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４が、図を簡単にするために図２に概略的に示されているが、これらの層は、複合材料１００の層と類似した構造となり得る。例えば、各繊維２１６は、約５〜７μｍの直径を有し、隣接する繊維２１６同士の間の各隙間は、それぞれ幅Ｗ１を有し、これは約１μｍの直径とすることができる。

【0024】

この例において、母材２１８は、粘性が得られるまで加熱され得る。粒子２２０は、ドープした混合物２２２を生成するために、（例えば母材２１８が実質的に液体の状態のときに）粘性の母材２１８と混合され得る。粒子２２０は、実質的に磁力線に沿って整列する材料、例えばアルミニウム又はリチウム等の常磁性の材料、又は鉄等の強磁性の材料で作ることができる。母材２１８における粒子２２０の特定の濃度が示されているが、以下でより詳細に説明するように、このような濃度は、粒子が配列（又は配向）されたときに、所望の強化された導電性を生成するように構成され得ることに注意すべきである。例えば、粒子濃度は、約０．０１〜０．９９重量％の範囲のいずれかであるが、一部の実施形態において、使用される材料、及びその特定用途に基づいて、より高いか、より低くなり得る。

【0025】

一部の実施形態において、層２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４の１つ以上が、予め含浸させた強化材料（ドープした「プリプレグ」等）の１つ以上の層を生成するために、混合物２２２で予め含浸されるか、又は混合物２２２を予め浸透させ得る。ドープされたプリプレグは、次に積み重ねられ、次いで、母材２１８が粘性（例えば粒子がその中で移動できる、比較的低い粘度レベル）を有する、構造体２２４を生成するために加熱される。

【0026】

他の実施形態において、構造体２２４は、他の方法で提供され得る。例えば、樹脂トランスファー成形の実施形態において、層２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４の１つ以上が、互いに積み重ねられ、次に、構造体２２４を生成するために、混合物２２２がその積み重ねに加えられて、層２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４に浸透する。

【0027】

図３は、装置３００を示し、強化材料２１６及び／又は母材２１８に対して、粒子２２０を配列、配向、及び／又は固定するための、任意適当な装置、システム、構造、又は機構を含み得る。例えば、装置３００は、硬化装置３１０、磁場生成装置３２０、及びデータ処理システム３３０を含み得る。硬化装置３１０は、構造体２２４の温度を変化させるように構成でき、これによって、母材２１８の粘度を変化させることができる。磁場生成装置３２０は、母材２１８が、（例えば１つ以上の温度範囲で）適切な低い粘度を有しているときに、粒子２２０を配列するための磁力線３４４を有する、磁場３４０を生成するように構成され得る。データ処理システム３３０は、硬化装置３１０及び／又は磁場生成装置３２０の１つ以上の各機能を制御及び／又は監視するように構成され、装置３００が、硬化装置３１０から構造体２２４へのエネルギーの印加に対して、磁場３４０の印加を少なくとも部分的に調整可能にすることができる。

【0028】

さらに詳細には、硬化装置３１０は、熱エネルギー及び／又はマイクロ波放射線等のエネルギーを、構造体２２４に印加するように構成することができる。例えば、硬化装置３１０は、構造体２２４が配置され得る、オートクレーブとすることができる。背景となる硬化装置３１０の例については、特許文献１で説明されている。例えば、構造体２２４が、硬化領域内に少なくとも部分的に囲まれるように、マイクロ波放射ハウジングを構成してもよい。さらに他の例において、硬化装置３１０は、構造体２２４に外部からエネルギーを印加することはできないが、むしろ、適切な硬化を生成するために、構造体２２４に追加される構成物であり得る。一部の実施形態において、硬化装置３１０からのエネルギーを構造体２２４に印加中に、構造体２２４の複数の構成要素を圧縮するために、真空バッグが、構造体２２４に操作可能に結合されてもよい。

【0029】

硬化装置３１０による構造体２２４へのエネルギーの印加は、図４に示す硬化サイクル４００等の、適切な硬化サイクルに従って、構造体２２４の温度を上昇、維持、及び／又は減少させるように構成され得る。特に、硬化サイクル４００は、熱上昇段階４０４、維持すなわち保持段階４０８、及び冷却段階４１２を含み得る。

【0030】

硬化装置３１０による構造体２２４へのエネルギーの印加によって、構造体２２４は、結果としてその中で粒子２２０が移動するのに適切な、低い粘度を有することができる。例えば、段階４０４は、構造体２２４の第１の所定の温度、例えば摂氏５４度から始まる。一部の実施形態において、硬化装置３１０から構造体２２４に印加されたエネルギーは、構造体２２４を、第１の所定の温度まで加熱するために使用され得る。一部の実施形態において、構造体２２４は、最初はヒートガン等の別の熱供給源によって加熱され、これは、１つ以上の層を、加熱して所定の位置に粘着させるために使用され得る。段階４０４は、構造体２２４の温度を、第１の所定の比率、例えば１分間に摂氏約０．５〜３度の範囲の比率で上昇させることを含み得る。段階４０４は、構造体２２４が第２の所定の温度に達するまで続き、これは、例えば摂氏１７７度プラスマイナス６度の、母材２１８の硬化（又は硬化した）温度であり得る。構造体２２４の温度が、第１の所定の温度から第２の所定の温度まで上昇すると、母材２１８の粘度は、最初は段階４０４の部分４０４ａにおいて減少するが、次に、段階４０４の、第２の所定の温度の近くの部分４０４ｂにおいて上昇する。部分４０４ａの間は、母材２１８の粘度は、その中で粒子２２０が移動できるように、十分に低くなり得る。部分４０４ｂの間は、母材２１８の粘度は、その中で粒子２２０が移動するのを防止するように、十分に高くなり得る。例えば、部分４０４ｂに関連する温度範囲は、母材２１８が実質的に硬化した状態に硬化することと対応し得る。

【0031】

したがって、部分４０４ａの間は、母材２１８の粘度が適切な低さであるときに、磁場生成装置３２０が、粒子２２０を配列するための磁場３４０を生成するように構成され得る。例えば、磁場生成装置３２０は、図に示すようなソレノイドを含み得る。ソレノイドは、硬化装置３１０の内部に配置され得る。しかし、他の例において、ソレノイドの巻線等の磁場生成装置３２０の１つ以上の部分は、硬化装置３１０の外部に配置されてもよく、あるいは、硬化装置３１０の１つ以上の壁部を形成しても（又は壁部に配置されても）よい。示されているように、ソレノイドは、例えば、右手の法則で下方向に流れる電流が、構造体２２４を囲むソレノイドの導電性巻線を通ることによって、磁力線３４４を有する磁場３４０を生成するように構成され得る。特に、電流は、図３の右側の導電性巻線部分を通って、図の外側へと流れ、図３の左側の、関連する導電性巻線部分を通って、図の内側へと流れ得る。その結果、磁力線３４４は、ｚ方向Ｄ２と実質的に平行に延伸することができる。また、磁力線３４４は、ｚ方向Ｄ２に、構造体２２４の全厚さを通って、延伸することができる。

【0032】

特に、母材２１８が低粘度である、１つ以上の継続時間中に、磁場３４０を構造体２２４に印加することによって、図に示すように、粒子２２０が、導電性の強化をもたらすために、例えばｚ方向Ｄ２に非ランダムに配列される。例えば、図２に示す、ランダムに配列された（例えば、粒子が比較的一般的な分布を有し、明らかな正味の方向性がない）粒子２２０と対比して、磁場を印加すると、かなりの割合の粒子２２０が、非ランダムに配列された構成に並び、全般的な方向性を有することができる。特に、磁場３４０の印加が、粒子２２０のそれぞれに磁気双極子モーメントを誘発することによって、粒子２２０のかなりの部分が、導電経路３５０、３５４、３５８を形成するために、１本以上の磁力線３４４に沿って、実質的に配列（すなわち鎖状に連結）される。一部の実施形態において、かなりの割合とは、図に示すように、５０％より多く、場合によっては１００％に近い。

【0033】

上述したように、導電経路によって、導電性を強化することができる。例えば、導電経路３５０、３５４、３５８はそれぞれ、互いに電気接触（例えば物理接触）する２つ以上の粒子２２０を含み得る。特に、磁場３４０の印加を介した粒子２２０の配列は、粒子２２０の第１のサブセットを導電経路３５０に電気的に相互接続し、粒子２２０の第２のサブセットを導電経路３５４に電気的に相互接続し、粒子２２０の第３のサブセットを導電経路３５８に電気的に相互接続し得る。導電経路３５０、３５４、３５８は、母材２１８に配置され、ｚ方向Ｄ２に直交する方向に互いに変位され得る。

【0034】

図に示すように、導電経路３５０、３５４、３５８は、磁場３４０の各磁力線に沿って、実質的にｚ方向Ｄ２に延伸することができる。導電経路３５０、３５４、３５８のそれぞれは、（例えば各層内にある）分離して間隔を空けられた２つ以上の繊維２１６同士の間で延伸し、一部の箇所では、１つ以上の強化材料２１６の少なくとも一部で、少なくとも部分的に回り込んで（及び／又は接触して）いる。さらに、導電経路３５０、３５４、３５８は、それぞれ、構造体２２４の層の全厚さＴ１の大部分を通って、延伸することができる。例えば、導電経路３５０、３５４、３５８は、それぞれ、全厚さＴ１を通って、延伸することができる。しかし、一部の実施形態において、経路は、全厚さの全体より短く延伸してもよく、場合によっては、厚さの大部分、又は全厚さよりも短く延伸してもよいが、それでも、結果として生じる複合材料の導電性は強化することができる。

【0035】

粒子２２０は、磁場３４０の印加を介して構造体２２４で配向するために、任意適当な寸法を有し得る。例えば、粒子２２０の大部分は、隣接する繊維を隔てている隙間の幅Ｗ１より小さい長さＬ１をそれぞれ有しており、これによって、各粒子が、隣接する繊維同士の間でより自由に回転し、かつ／あるいは各粒子が、隣接する繊維同士の間で引っ掛かるのを防止することができる。さらに、それぞれの（又は大部分の）粒子２２０は、１よりも大きいアスペクト比をそれぞれ有し、これによって、各粒子で誘発された磁気モーメントを強化することができ、粒子を磁場の印加によって、より容易に配列することが可能になる。特に、各粒子のアスペクト比は、Ｌ１に直交する各粒子の別の寸法（幅Ｗ２等）で割った、各粒子の長さＬ１によって定義され得る。一部の実施形態において、このアスペクト比は、図に示すように、２よりも大きいか、又はさらに大きい場合がある。しかし、一部の実施形態において、粒子は、約１：１の各アスペクト比を有する、実質的に球形又は立方体であってもよい。

【0036】

おそらく、磁場生成装置３２０は、少なくとも母材２１８が、実質的に硬化した状態（又は所定の硬化状態）に達するまで、磁場３４０を生成して印加し、１つ以上の粒子２２０が、隣接する粒子との整列から外れて移動するのを防止することができる。例えば、母材２１８が、実質的に硬化した状態に達すると、経路は、強化材料２１６及び母材２１８に対して、所定の位置に固定され得る。このとき、磁場生成装置は、磁場３４０の生成（あるいは解放、又は除去）を停止するように構成され得る。

【0037】

硬化装置３１０は、次に、部分４０４ｂを完了させるように構造体２２４にエネルギーを印加し、段階４０８、４１２を実行することによって、硬化した母材２１８、強化材料２１６、及び固定された導電経路３５０、３５４、３５８を含む、結果として得られる複合材料を生成するために、構造体２２４の硬化を完了させる。例えば、段階４０８は、構造体２２４が第２の所定の温度に達したときに始まり得る。段階４０８は、第２の所定の温度（例えばプラスマイナス摂氏６度）を、１５０〜２１０分等の所定の継続時間の間、保持すなわち維持することを含み得る。所定の継続時間の間、第２の所定の温度を保持すなわち維持することによって、母材２１８が、強化材料２１６及び粒子２２０の両方に適切に接合され得る。段階４１２は、所定の継続時間が経過したときに始まり得る。段階４１２は、構造体２２４の温度を、例えば１分間に摂氏３度より低いか、又は等しい比率等の、第２の所定の比率で減少させることを含み得る。第２の所定の比率は、結果として生じる複合材料の強度を減少させることなく、構造体２２４の温度を減少させることができる最大の比率とすることができる。段階４１２は、構造体２２４が、摂氏６０度、又はそれ以下の温度等の、第３の所定の温度に達するまで続き得る。構造体２２４が、第３の所定の温度に達すると、真空バッグの内部の圧力が解放され、真空バッグは硬化した構造体２２４から除去され、強化した構造体２２４（例えば結果として生じる複合材料）は、装置３００から除去されて検査され得る。

【0038】

しかし、一部の実施形態において、磁場生成装置３２０は、部分４０４ｂ、段階４０８の１つ以上の部分、及び／又は段階４１２の１つ以上の部分を通して、構造体に磁場３４０を印加するように構成され、これは、粒子２２０が母材２１８に対して移動できるように、これらの１つ以上の部分によって、母材２１８の粘度レベルが下げられたときに、好ましい場合がある。

【0039】

上述したように、データ処理システム３３０は、硬化装置３１０及び／又は磁場生成装置３２０の１つ以上の各機能を制御及び／又は監視するように構成され得る。例えば、データ処理システム３３０は、硬化装置３１０によって構造体２２４に印加されるエネルギーのレベルを制御するように、磁場生成装置３２０によって生成された磁場３４０の強さ及び／又は方向を制御するように、母材２１８の粘度レベルを決定（又は評価）するように、かつ／あるいは決定された（又は評価された）粘度レベルに基づいて、硬化装置３１０、磁場生成装置３２０の１つ以上を制御するように構成され得る。

【0040】

特に、段階４０４、４０８、４１２に対応するシーケンス等の、１つ以上の温度傾斜、及び／又は温度保持のシーケンスは、（例えばユーザによって）データ処理システム３３０に入力され得る。データ処理システム３３０は、次に、それに応じて段階４０４、４０８、４１２を実行するように、構造体２２４にエネルギーを印加するために、硬化装置３１０を制御することができる。さらに、データ処理システム３３０は、母材２１８の粘度レベルが、その中で粒子２２０が移動できるように十分に低いときを判断（及び／又は推定）するように構成された、１つ以上のソフトウェアアプリケーション（Ｖａｎｃｏｕｖｅｒ， Ｂ．Ｃ．のＣｏｎｖｅｒｇｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（商標）による、ＲＡＶＥＮ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ等）を含み、記憶し、及び／又は実行することができ、これによって、ユーザ及び／又はデータ処理システム３３０は、いつ磁場３４０の印加を開始するか、及び／又は、いつ磁場３４０の印加を停止するかを判断することができる。例えば、このソフトウェアアプリケーションは、（例えば、ユーザがシーケンスをソフトウェアアプリケーションに入力することによって、又はデータ処理システム３３０がシーケンスをソフトウェアアプリケーションに入力することによって）入力シーケンスを受けとるように構成され得る。このソフトウェアアプリケーションは、また、構造体２２４の材料組成に応じてデータを受信するように構成され得る。このソフトウェアアプリケーションは、次に、入力シーケンス、及び／又は受けとった組成データに基づいて、硬化サイクル４００に沿って、１つ以上の（例えば全ての）ポイントで、母材２１８の硬化の程度及び／又は粘度のレベルを判断（又は推定）し、これによって、ユーザ及び／又はデータ処理システム３３０に、硬化サイクル４００の間で、いつ磁場３４０を印加するか、及び／又は、硬化サイクル４００の間で、いつ磁場３４０の印加を停止するかを知らせることができる。

【0041】

データ処理システム３３０は、入力シーケンス及び／又は受信した組成データの少なくとも一部に基づいて、粒子２２０を配列するのに適切な磁場の強さを決定するように構成され得る。例えば、受信した組成データは、アルミニウム及び／又はリチウム粒子を含む粒子２２０が、それぞれ、約２．２×１０^−５及び１．４×１０^−５の磁化率を有していることを示し得る。さらに、受信した組成データと連動する入力シーケンスの少なくとも一部に基づいて、データ処理システム３３０は、経路を形成するためには、母材が約１０ポアズ（又は１Ｎｓ／ｍ^２）の粘度を有する２０分間に、１００マイクロメートル以下の粒子の移動が必要であると判断することができる。したがって、これらの１つ以上の判断及び入力に基づいて、データ処理システム３３０は、粒子２２０を経路内に配列するには、約１．０Ｔの磁場の強さが適切であると判断でき、これに応じて、磁場生成装置３２０を制御することができる。しかし、一部の実施形態において、他の磁場の強さが適切な場合がある。例えば、磁場３４０が約０．７Ｔの強さを有し、場合によってはさらに低く、これが粒子２２０の配列に適切である場合がある。

【0042】

一部の実施形態において、粒子２２０の温度が上昇すると（段階４０４の間等）、誘発される各粒子２２０の磁気モーメントは、わずかに減少する場合がある。したがって、データ処理システム３３０は、誘発された磁気モーメントの、このような減少を相殺するために、磁場３４０の強度を上げるように構成され得る。

【0043】

図５は、装置５００を示し、強化材料２１６及び／又は母材２１８に対して、粒子２２０を配列、配向、及び／又は固定するための、類似の任意適当な装置、システム、構造、又は機構を含み得る。例えば、装置５００は、硬化装置５１０、磁場生成装置５２０、及びデータ処理システム５３０を含み、その１つ以上が、硬化装置３１０、磁場生成装置５２０、及びデータ処理システム５３０のそれぞれと、類似の構造及び／又は機能を有し得る。

【0044】

さらに詳細には、硬化装置５１０は、母材２１８の粘度を変化させるように構成され、磁場生成装置５２０は、磁場５４０、５５０を生成して印加するように構成され得る。磁場５４０、５５０は、粒子２２０が形成する、実質的にｚ方向Ｄ２に延伸する導電経路５６０、５６２、５６４、５６６のそれぞれに沿って、磁力線５４０ａ、５４０ｂ、及び５５０ａ、５５０ｂをそれぞれ有し得る。特に、磁場生成装置５２０は、第１の対の実質的に整列したソレノイド５７０、５７４と、第２の対の実質的に整列したソレノイド５７８、５８２とを有し得る。ソレノイド５７０、５７４は、構造体２２４に対して互いに対向して配置されて、それぞれが、それぞれの磁場を生成することができ、これが組み合わされたときに、磁場５４０を生成し得る。同様に、ソレノイド５７８、５８２は、構造体２２４に対して互いに対向して配置されて、それぞれが、それぞれの磁場を生成することができ、これが組み合わされたときに、磁場５５０を生成し得る。構造体２２４に対して互いに対向して配置されたソレノイドで、１つ以上の磁場を生成することによって、装置５００は、特定の構成に対して、互いに対向して配置された第１及び第２の列のソレノイドを用いることで、比較的大きい複合材料の構成において、経路を配列することが可能になる。例えば、ここでは構造体２２４の一部のみが概略的に示されているが、構造体２２４は、長さ約２０メートル、幅約１０メートル、その他比較的大きな寸法を有することができる。例えば、構造体２２４は、民間航空機用の、積層複合材の翼のスキンパネルの製造に使用され得る。

【0045】

装置３００と同様に、装置５００は、粒子２２０を導電経路内に配列すると同時に、母材２１８を硬化させるように構成され得る。さらに、装置５００は、母材２１８が所定の硬化状態に硬化されたら、磁場５４０、５５０の印加を停止するように構成することができ、これによって、例えば、図３及び図４を参照して上述したのと類似の方法で、経路を所定の位置に固定する。

【0046】

図６は、装置６００を示し、これもまた同様に、強化材料２１６及び／又は母材２１８に対して、粒子２２０を配列、配向、及び／又は固定するための任意適当な装置、システム、構造、又は機構を含み得る。例えば、装置６００は、硬化装置６１０、磁場生成装置６２０、及びデータ処理システム６３０を含み、その１つ以上が、硬化装置３１０、５１０、磁場生成装置３２０、５２０、又はデータ処理システム３３０、５３０と類似の構造及び／又は機能を有し得る。ただし、磁場生成装置６２０は、ｚ方向Ｄ２に実質的に直交する磁力線を有する、磁場６４０を生成するように構成され得る。構造体２２４に磁場６４０を印加することによって、粒子２２０を、導電経路６６０、６６２、６６４、６６６、６６８、６７０、６７２、６７４、６７６、６７８、６８０、６８２、６８４内に配列することができる。図に示すように、これらの経路は、ｚ方向Ｄ２に実質的に直交する方向に延伸し、結果として生じる複合材料の導電性を、ｘ及び／又はｙ方向に強化することができる。

【0047】

（実施例３）
この例は、図７を参照して、プリプレグを用いて複合材料を製造する方法を示している。

【0048】

図７は、例示的な方法において実行されるステップを示すフローチャートであるが、このプログラムの完全な工程、又は全てのステップを列挙するものではない。図７は、方法の複数のステップを示し、概略的に７００で示されている。方法７００の様々なステップが以下で説明され、図７に示されるが、必ずしもこのステップの全てが実行される必要はなく、場合によっては、示されている順序とは異なる順序で実行され得る。

【0049】

方法７００は、母材を比較的低い粘度を有するまで加熱するステップ７０２と、ドープした母材を生成するために、導電性材料を低い粘度の母材の中に混合するステップ７０４とを含み得る。一部の実施形態において、導電性材料は、１より大きいアスペクト比を有する、常磁性の粒子を含み得る。

【0050】

方法７００は、プリプレグを生成するために、ドープした母材を強化材料（例えば、積み重ねられた炭素繊維の層）に加えるステップ７０６をさらに含み得る。一部の実施形態において、プリプレグの生成は、ドープした母材が、積み重ねられた炭素繊維の層に浸透できるようにすること、及び／又は母材が実質的に固形になるように、母材の粘度を増加させることを含み得る。

【0051】

方法７００は、生成されたプリプレグを（例えば、常磁性の粒子でドープされていてもよいし、ドープされていなくてもよい、別のプリプレグの層の上に）積み重ねるステップ７０８と、ドープした母材が比較的低い粘度を有するまで、積み重ねられたプリプレグを加熱するステップ７１０とをさらに含み得る。一部の実施形態において、ステップ７１０における低い粘度は、ステップ７０２における比較的低い粘度よりも、さらに低い粘度レベルに対応し得る。例えば、ステップ７０４において、導電性粒子を母材に混合することは、機械的な攪拌動作を含むことができ、これは、母材が「より厚い」（例えば、粘度がより高い）ときに実行され得る。一方、導電性粒子の配列は、以下に説明するように、母材が「より薄い」（例えば、粘度がより低い）ときに実行され得る。特に、ステップ７０４における、より高い粘度は、導電性粒子が、母材内で「沈殿する」のを防止すなわち阻止するように構成され得る。例えば、ステップ７０４におけるより高い粘度は、導電性粒子が混合されたときに、（図２に示すように）母材内における懸濁を維持するように構成され得る。さらに、ステップ７１０における、ドープした母材のより低い粘度は、導電性粒子が、印加された磁場に応じて、母材内で移動できるように構成され得る。例えば、ステップ７１０における母材のより低い粘度は、磁場の印加中に、（図３に示すように）導電性の鎖の複数の組の中へと、導電性粒子がｚ方向に移動できるように構成され得る。

【0052】

例えば、方法７００は、（常磁性粒子等の）導電性材料を配列する（すなわち鎖状に連結させる）ために、積み重ねられたプリプレグに磁場を印加するステップ７１２をさらに含み得る。例えば、磁場の印加によって、導電性材料を、１つ以上の導電経路内に配列することができる。一部の実施形態において、この経路は、実質的にｚ方向に延伸し得る。他の実施形態において、この経路は、ｚ方向に実質的に直交する方向に延伸し得る。

【0053】

方法７００は、複合材料を生成するために、積み重ねられたプリプレグを実質的に硬化した状態に硬化させるステップ７１４と、磁場を解放するステップ７１６とをさらに含み得る。例えば、ドープした母材が実質的に硬化した状態にあることによって、経路を所定の位置に固定することができ、導電性材料が実質的に硬化した状態になる前に鎖が解けることを防止するために、ステップ７１２、７１４の少なくとも一部を重複させてもよい。

【0054】

（実施例４）
この例では、図８を参照して、樹脂トランスファー成形を用いて複合材料を製造する方法を説明する。

【0055】

図８は、例示的な方法において実行されるステップを示すフローチャートであるが、このプログラムの完全な工程、又は全てのステップを列挙するものではない。図８は、方法の複数のステップを示し、概略的に８００で示されている。方法８００の様々なステップが以下で説明され、図８に示されるが、必ずしもこのステップの全てが実行される必要はなく、場合によっては、示されている順序とは異なる順序で実行され得る。

【0056】

方法７００と同様に、方法８００は、母材を所定の比較的低い粘度レベルに達するまで加熱するステップ８０２と、ドープした母材を生成するために、導電性材料を低い粘度の母材の中に混合する（又は配置する）ステップ８０４とを含み得る。

【0057】

方法８００は、ドープした母材を、強化材料の１層以上の層に加えるステップ８０６と、ドープした母材を、強化材料の１層以上の層に浸透させることによって、複合構造体を形成するステップ８０８をさらに含み得る。

【0058】

方法８００は、導電性材料を（１つ以上の導電経路内に）配列するために、複合構造体に磁場を印加するステップ８１０と、複合材料を形成するために、実質的に硬化した状態に複合構造体を硬化させるステップ８１２をさらに含み得る。

【0059】

方法８００は、磁場を解放するステップ８１４をさらに含み得る。一部の実施形態において、磁場は、ステップ８１２の前に解放（又は除去）されてもよい。他の実施形態において、磁場は、ステップ８１２の間に解放されてもよい。さらに別の実施形態において、磁場は、ステップ８１２の後に解放されてもよい。

【0060】

（実施例５）
この例は、図９を参照して、複合材料を製造する方法を示している。

【0061】

図９は、例示的な方法において実行されるステップを示すフローチャートであるが、このプログラムの完全な工程、又は全てのステップを列挙するものではない。図９は、方法の複数のステップを示し、概略的に９００で示されている。方法９００の様々なステップが以下で説明され、図９に示されるが、必ずしもこのステップの全てが実行される必要はなく、場合によっては、示されている順序とは異なる順序で実行され得る。

【0062】

ステップ９０２において、強化材料の１つ以上の層が提供される。強化材料の１層以上の層には、粘性の母材を浸透させ得る。粘性の母材は、導電性粒子でドープされ得る。強化材料の１つ以上の層は、ｚ方向に積み重ねられた、少なくとも２層の繊維強化材料を含み得る。母材は、誘電材料で作ることができる。導電性粒子の大部分は、例えばアルミニウム又はリチウム等の常磁性の材料で作られ得る。

【0063】

一部の実施形態において、ドープした粘性の母材を浸透させた強化材料は、（例えば、方法７００のステップ７１０と同様の方法で）プリプレグを加熱することでもたらされ得る。他の実施形態において、ドープした粘性の母材を浸透させた強化材料は、（例えば、方法８００のステップ８０２、８０４、８０６、８０８と同様の方法で）樹脂トランスファー成形を介してもたらされ得る。

【0064】

ステップ９０４において、粒子を１つ以上の導電経路内に配列するために、磁場が印加され得る。磁場が印加されることによって、複数の粒子が、少なくとも１つの導電経路を形成するように、鎖状に連結する。例えば、少なくとも１つの導電経路が、複数の粒子が電気的に相互接続されることによって特徴付けられ得る。一部の実施形態において、母材は適度に導電性であって、この場合、複数の粒子が、母材を介して電気的に相互接続され得る。

【0065】

一部の実施形態において、磁場を印加するステップは、強化材料の１つ以上の層に対して、互いに対向して配置された少なくとも一対のソレノイドによって、磁場を生成することを含み得る。生成された磁場は、ｚ方向と実質的に平行な磁力線を有し、少なくとも２層の繊維強化材料の層を通って延伸し得る。

【0066】

一部の実施形態において、ステップ９０４は、母材が所定の粘度に達するまで、磁場を印加することを含み得る。例えば、母材が比較的低い粘度レベルを有しているときに磁場が印加され、それによって、粒子が実質的に磁力線に沿って配列され、導電経路を形成する。母材の粘度は、次に、（硬化装置等の）粘度制御装置によって、所定の比較的高い粘度レベルまで増加させられることによって、粒子の分散を実質的に防止する。母材が（少なくとも）所定の比較的高い粘度レベルに達するまで、母材に磁場を印加することによって、経路の切れ目を最小にすることができ、所望の方向の導電性をさらに向上させることができる。

【0067】

ステップ９０６において、強化材料の１つ以上の層に対して、１つ以上の導電経路を所定の位置に実質的に固定するために、母材を実質的に硬化した状態に硬化させることができる。例えば、ステップ９０６は、硬化サイクルを実行するために、母材に熱エネルギーを印加することを含み得る。

【0068】

一部の実施形態において、ステップ９０４、９０６は、少なくとも部分的には、同時に行われる。例えば、磁場は、母材が（少なくとも）硬化した状態に硬化するまで印加され得る。特に、上述した所定の比較的高い粘度レベルは、母材が硬化した状態に相当し得る。

【0069】

方法９００は、母材を硬化した状態に硬化させた後に、磁場を除去するステップをさらに含み得る。例えば、母材が硬化した状態に達した後に、磁場は、ソレノイドに流れている電流を減少させることによって、ソレノイドの近傍から（例えば、強化材料、粒子、及び硬化した母材で形成された）複合材料を除去することによって、及び／又は複合材料の近傍からソレノイドを除去することによって、除去され得る。

【0070】

（実施例６）
この例は、図１０を参照して、複合材料を製造する方法を示している。

【0071】

図１０は、例示的な方法において実行されるステップを示すフローチャートであるが、このプログラムの完全な工程、又は全てのステップを列挙するものではない。図１０は、方法の複数のステップを示し、概略的に１０００で示されている。方法１０００の様々なステップが以下で説明され、図１０に示されるが、必ずしもこのステップの全てが実行される必要はなく、場合によっては、示されている順序とは異なる順序で実行され得る。

【0072】

ステップ１００２において、構造体が提供される。この構造体は、強化材料の複数の層、及び強化材料の複数の層に浸透する粘性の母材とを含み得る。母材は、導電性粒子でドープされ得る。強化材料の複数の層は、ｚ方向に互いに積み重なることができる。粒子は、常磁性の材料で作られ得る。強化材料は、互いに間隔を空けられた、複数の分離した繊維（例えば炭素繊維）を含み得る。母材は、樹脂とすることができる。

【0073】

ステップ１００４において、実質的にｚ方向に延伸する１つ以上の導電経路を形成するために、粒子をｚ方向に対して配列するように、この構造体に磁場が印加され得る。例えば、ステップ１００４は、粒子の第１のサブセットを、第１の経路に電気的に相互接続することを含み得る。第１の経路は、分離して間隔を空けられた２つ以上の繊維同士の間で、及び強化材料の複数の層の全厚さの、少なくとも大部分を通ってｚ方向に延伸することができる。さらに、ステップ１００４は、粒子の第２のサブセットを、第２の経路内に電気的に相互接続することを含み得る。第２の経路は、樹脂内に配置され、全厚さの全体を通って延伸し、第１の経路からは、ｚ方向と直交する方向に変位され得る。

【0074】

ステップ１００６において、母材及び強化材料の複数の層に対して、経路を所定の位置に実質的に固定するために、母材を硬化させることができる。一部の実施形態において、ステップ１００４は、母材（例えば樹脂）が、ステップ１００６における所定の硬化状態に硬化するまで実行され得る。

【0075】

（実施例７）
この例では、図１１を参照して、本開示の態様に従って、データ処理システム１１００について説明する。

【0076】

この例示的な例において、データ処理システム１１００は、通信フレームワーク１１０２を含む。通信フレームワーク１１０２は、プロセッサユニット１１０４と、メモリ１１０６と、永続的記憶媒体１１０８と、通信ユニット１１１０と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１１１２と、ディスプレイ１１１４との間の通信を提供する。メモリ１１０６、永続的記憶媒体１１０８、通信ユニット１１１０、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１１１２、及びディスプレイ１１１４は、通信フレームワーク１１０２を介して、プロセッサユニット１１０４によってアクセス可能なリソースの例である。

【0077】

プロセッサユニット１１０４は、メモリ１１０６内にロードされ得るソフトウェアの命令を実行する働きをする。プロセッサユニット１１０４は、特定の実行に応じて、いくつかのプロセッサ、マルチプロセッサコア、その他の種類のプロセッサとすることができる。さらに、プロセッサユニット１１０４は、主プロセッサが、シングルチップで二次プロセッサと共に存在する、いくつかのヘテロジニアスプロセッサシステムを用いて実装され得る。別の例示的な例として、プロセッサユニット１１０４は、同種の複数のプロセッサを含む、対称的なマルチプロセッサシステムとすることができる。

【0078】

メモリ１１０６、及び永続的記憶媒体１１０８は、記憶装置１１１６の例である。記憶装置は、例えば無制限に、データ、関数形式のプログラムコード、その他の適切な情報等を、一時的又は永続的に記憶できる任意のハードウェアである。

【0079】

記憶装置１１１６は、また、これらの例において、コンピュータ可読記憶装置として参照され得る。この例において、メモリ１１０６は、例えば、ランダムアクセスメモリ、又は他の任意適当な揮発性又は不揮発性の記憶装置とすることができる。永続的記憶媒体１１０８は、特定の実行に応じて、様々な形態をとることができる。

【0080】

例えば、永続的記憶媒体１１０８は、１つ以上の構成部品又は装置を含み得る。例えば、永続的記憶媒体１１０８は、ハードディスク、フラッシュメモリ、書き換え可能光ディスク、書き換え可能磁気テープ、又は上記のいくつかの組み合わせとすることができる。永続的記憶媒体１１０８によって使用される媒体は、取り外し可能であってもよい。例えば、取り外し可能なハードディスクが、永続的記憶媒体１１０８に使用され得る。

【0081】

この例において、通信ユニット１１１０は、他のデータ処理システム又は装置との通信を提供する。この例において、通信ユニット１１１０は、ネットワークインターフェースカードである。通信ユニット１１１０は、物理通信リンク、及び無線通信リンクのいずれか、又はその両方の使用を介した通信を提供し得る。

【0082】

入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１１１２は、データ処理システム１１００に接続し得る他の装置への、データの入力及び出力を可能にする。例えば、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１１１２は、キーボード、マウス、及び／又はその他の適切な入力装置を通して、ユーザ入力の通信を提供し得る。さらに、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット１１１２は、プリンタに出力を送信することができる。ディスプレイ１１１４は、ユーザに情報を表示する機構を提供する。

【0083】

オペレーティングシステム、アプリケーション、及び／又はプログラム用の命令は、記憶装置１１１６に置かれ、これは、通信フレームワーク１１０２を通して、プロセッサユニット１１０４と通信する。この例示的な例において、命令は、永続的記憶媒体１１０８において、関数形式である。これらの命令は、プロセッサユニット１１０４による実行のために、メモリ１１０６内にロードされ得る。異なる実施形態の処理は、コンピュータ実行命令を用いて、プロセッサユニット１１０４によって実行することができ、この命令は、メモリ１１０６等のメモリに置かれる。

【0084】

これらの命令は、プロセッサユニット１１０４において、プロセッサによって読み取られ実行される、プログラム命令、プログラムコード、コンピュータ使用可能プログラムコード、又はコンピュータ可読プログラムコードとして参照される。異なる実施形態のプログラムコードは、メモリ１１０６、又は永続的記憶媒体１１０８等の、異なる物理的な、又はコンピュータ可読の記憶媒体で実施される。

【0085】

プログラムコード１１１８は、選択的に取り外し可能なコンピュータ可読媒体１１２０上に関数形式で置かれ、プロセッサユニット１１０４による実行のために、データ処理システム１１００に、ロードされるか又は転送される。プログラムコード１１１８、及びコンピュータ可読媒体１１２０は、この例において、コンピュータプログラム製品１１２２を形成する。１つの例において、コンピュータ可読媒体１１２０は、コンピュータ可読記憶媒体１１２４、又はコンピュータ可読信号媒体１１２６とすることができる。

【0086】

コンピュータ可読記憶媒体１１２４は、ハードディスク等の記憶装置に転送するための、永続的記憶媒体１１０８の一部である、ドライブ、又は他の装置に挿入又は配置される、例えば、光学ディスク又は磁気ディスクを含むことができ、これは、永続的記憶媒体１１０８の一部である。コンピュータ可読記憶媒体１１２４は、また、データ処理システム１１００に接続するハードディスク、サムドライブ、又はフラッシュメモリ等の、永続的記憶媒体の形態を取り得る。場合によっては、コンピュータ可読記憶媒体１１２４は、データ処理システム１１００から取り外せないことがある。

【0087】

この例において、コンピュータ可読記憶媒体１１２４は、プログラムコード１１１８を伝播又は送信する媒体というよりは、プログラムコード１１１８を記憶するために使用される、物理的すなわち有形の記憶装置である。コンピュータ可読記憶媒体１１２４は、また、コンピュータ可読の有形の記憶装置、又はコンピュータ可読の物理的記憶装置とも呼ばれる。言い換えれば、コンピュータ可読記憶媒体１１２４は、人が触れることのできる媒体である。

【0088】

あるいは、プログラムコード１１１８は、コンピュータ可読信号媒体１１２６を用いて、データ処理システム１１００に転送され得る。コンピュータ可読信号媒体１１２６は、例えば、プログラムコード１１１８を含む、伝播されたデータ信号とすることができる。例えば、コンピュータ可読信号媒体１１２６は、電磁信号、光信号、及び／又はその他の任意適当な種類の信号とすることができる。これらの信号は、無線通信リンク、光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、ワイヤ、及び／又はその他の任意適当な種類の通信リンク等の、通信リンクを介して送信され得る。言い換えれば、通信リンク及び／又は接続は、例示的な例において、物理的又は無線であり得る。

【0089】

一部の例示的な実施形態において、プログラムコード１１１８は、データ処理システム１１００内で使用するために、別の装置又はデータ処理システムから、コンピュータ可読信号媒体１１２６を通じて、ネットワークを介して永続的記憶媒体１１０８にダウンロードされ得る。例えば、サーバデータ処理システムにおいて、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラムコードは、サーバからデータ処理システム１１００に、ネットワークを介してダウンロードされ得る。プログラムコード１１１８を提供するデータ処理システムは、サーバコンピュータ、クライアントコンピュータ、又はプログラムコード１１１８を記憶及び送信することが可能なその他の装置とすることができる。

【0090】

データ処理システム１１００用に例示されている異なる構成部品は、異なる実施形態が実施され得る態様に、構造的な制限を設けるものではない。異なる例示的な実施形態が、データ処理システム１１００用に例示されている構成部品に加わる、及び／又はこれに替わる構成部品を含む、データ処理システムで実行され得る。図１１に示す他の構成部品は、図示されている例示的な例とは異なっていてもよい。異なる実施形態が、プログラムコードを実行できる、任意のハードウェア又はシステムを用いて実行され得る。一例として、データ処理システム１１００は、無機成分と統合された有機成分を含むことができるか、かつ／あるいは全てが人間を除く有機成分で構成され得る。例えば、記憶装置は、有機半導体で構成され得る。

【0091】

別の例示的な例において、プロセッサユニット１１０４は、特定の用途のために製造又は構成された回路を有する、ハードウェアユニットの形態を取り得る。この種のハードウェアは、操作を実行するように構成された記憶装置から、メモリ内にプログラムコードをロードする必要なく、操作を実行することができる。

【0092】

例えば、プロセッサユニット１１０４が、ハードウェアユニットの形態をとるときに、プロセッサユニット１１０４は、いくつかの操作を実行するように構成された、回路システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理装置、その他の適切な種類のハードウェアであり得る。プログラマブル論理装置の場合、この装置は、いくつかの操作を実行するように構成される。この装置は、いくつかの操作を実行するように、後で再構成、又は永続的に構成され得る。プログラマブル論理装置の例には、例えば、プログラマブル論理アレイ、フィールドプログラマブル論理アレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、その他の適切なハードウェア装置が含まれる。この種の実装の場合、異なる実施形態のための処理は、ハードウェアユニットで実行されるため、プログラムコード１１１８は省略してもよい。

【0093】

さらに別の例示的な例として、プロセッサユニット１１０４は、コンピュータ及びハードウェアユニットに含まれているプロセッサの組み合わせを用いて実装され得る。プロセッサユニット１１０４は、プログラムコード１１１８を実行するように構成された、いくつかのハードウェアユニット、及びいくつかのプロセッサを有し得る。ここに示されている例の場合、処理の一部は、いくつかのハードウェアユニットで実行され、他の処理は、いくつかのプロセッサで実行され得る。

【0094】

別の例において、通信フレームワーク１１０２を実行するために、バスシステムを使用することができ、システムバス又は入力／出力バス等の、１つ以上のバスで構成され得る。言うまでもなく、バスシステムは、バスシステムに取り付けられた異なる構成部品や装置間のデータ転送を提供する、任意適当な種類のアーキテクチャを用いて実行することができる。

【0095】

また、通信ユニット１１１０は、データ送信、データ受信、又はデータの送受信の両方を行う、いくつかの装置を含むことができる。通信ユニット１１１０は、例えば、モデム又はネットワークアダプタ、２つのネットワークアダプタ、あるいはそのいくつかの組み合わせであってもよい。さらに、メモリは、例えば、インターフェースに含まれている等の、メモリ１１０６又はキャッシュ、及び通信フレームワーク１１０２に存在し得るメモリコントローラーハブであり得る。

【0096】

ここで説明するフローチャート及びブロック図は、システムで考えられる実施形態の、アーキテクチャ、機能性、及び操作と、様々な例示的な実施形態による、方法、及びコンピュータプログラム製品とを示している。この点において、フローチャートの各ブロック、又はブロック図は、モジュール、セグメント、又はコードの一部を表しており、指定した１つ又は複数の論理機能を実行するための、１つ以上の実行可能な命令を含んでいる。また、一部の代替実施形態において、ブロックに記載されている機能は、図に記載されている順序に関わらずに発生し得ることにも注意するべきである。例えば、連続して示されている２つのブロックの機能は、実質的に同時に実行されるか、又はそのブロックの機能は、含まれている機能性に応じて、逆の順序で実行されることがあり得る。

【0097】

（実施例８）
このセクションでは、実施形態の追加の態様及び特徴が、限定されることなく一連の段落として提示されて説明され、その一部又は全てが、明確さ及び効率性のために、アルファベット順に示される。これらの各段落は、任意適当な方法で、１つ以上の他の段落、及び／又は本出願の他の箇所の開示と組み合わせることができる。以下の一部の段落は、他の段落を明確に参照してさらに制限し、いくつかの適切な組み合わせの例を、限定することなく提供する。

【0098】

Ａ０．それぞれがｚ方向に厚さを有する、強化材料の１つ以上の層と、強化材料の１つ以上の層に浸透する母材と、ｚ方向に導電性の強化をもたらすために、母材内に配置され（又は分散し）、非ランダムに配列された複数の導電性粒子とを含む複合材料。

【0099】

Ａ１．かなりの割合の粒子が、実質的にｚ方向に延伸する１つ以上の導電性の鎖を形成し、各鎖が、互いに電気的に接触する少なくとも２つ以上の粒子を含む、段落Ａ０に記載の複合材料。

【0100】

Ａ２．かなりの割合が、５０％以上である、段落Ａ１に記載の複合材料。

【0101】

Ａ３．粒子が、常磁性材料で作られており、少なくとも１本以上の鎖が、層の１つに含まれている、隣接する繊維同士の間の隙間を通って延伸している、段落Ａ０に記載の複合材料。

【0102】

Ａ４．粒子の大部分が、それぞれ、隙間の幅よりも短い長さを有する、段落Ａ３に記載の複合材料。

【0103】

Ａ５．各粒子が、１よりも大きいそれぞれのアスペクト比を有し、このアスペクト比が、それぞれの粒子の長さに直交する、それぞれの粒子の別の寸法で割った、それぞれの粒子の長さとして定義される、段落Ａ４に記載の複合材料。

【0104】

Ａ６．１つ以上の層が、炭素繊維の積み重ねられた層を含む、段落Ａ０に記載の複合材料。

【0105】

Ｂ０．導電性粒子でドープした粘性の母材を浸透させた、強化材料の１つ以上の層を提供するステップと、粒子を１つ以上の導電経路内に配列するために、磁場を印加するステップと、強化材料の１つ以上の層に対して、１つ以上の導電経路を所定の位置に固定するために、母材を実質的に硬化した状態に硬化させるステップとを含む、複合材料を製造する方法。

【0106】

Ｂ１．母材を、実質的に硬化した状態に硬化させた後に、磁場を除去するステップをさらに含む、段落Ｂ０に記載の方法。

【0107】

Ｂ２．磁場を印加するステップが、強化材料の１つ以上の層に対して、互いに対向して配置された少なくとも一対のソレノイドによって、磁場を生成することを含む、段落Ｂ０に記載の方法。

【0108】

Ｂ３．１つ以上の層が、ｚ方向に積み重ねられた少なくとも２つの繊維強化材料の層を含み、印加するステップが、磁場の磁力線が、ｚ方向と実質的に平行に、少なくとも２つの繊維強化材料の層を通って延伸するように、磁場を生成することを含む、段落Ｂ０に記載の方法。

【0109】

Ｂ４．粒子の大部分が、常磁性材料で作られており、印加するステップによって、複数の粒子が、少なくとも１つの導電経路を形成するために鎖状に連結される、段落Ｂ０に記載の方法。

【0110】

Ｂ５．母材が、誘電材料で作られており、印加するステップによって、複数の粒子が電気的に相互接続されていることを特徴とする、少なくとも１つの導電経路内に複数の粒子を配列する、段落Ｂ０に記載の方法。

【0111】

Ｂ６．硬化させるステップが、母材に熱エネルギーを印加することを含む、段落Ｂ０に記載の方法。

【0112】

Ｂ７．印加するステップ、及び硬化させるステップが、少なくとも部分的には同時に行われる、段落Ｂ０に記載の方法。

【0113】

Ｂ８．印加するステップが、母材が所定の粘度に達するまで磁場を印加することを含む、段落Ｂ０に記載の方法。

【0114】

Ｃ０．強化材料の複数の層、及び強化材料の複数の層に浸透する粘性の母材を含む構造体を提供するステップであって、母材が、導電性粒子でドープされ、強化材料の複数の層が、ｚ方向に互いに積み重ねられている、構造体を提供するステップと、実質的にｚ方向に延伸する１つ以上の導電経路を形成するために、粒子をｚ方向に対して配列するように、その構造体に磁場を印加するステップと、母材及び強化材料の複数の層に対して、１つ以上の導電経路を所定の位置に実質的に固定するために、母材を硬化させるステップとを含む、複合材料を製造する方法。

【0115】

Ｃ１．粒子が常磁性材料で作られ、強化材料が、互いに間隔を空けられた複数の分離した繊維を含み、印加するステップが、粒子の第１のサブセットを、１つ以上の導電経路の第１の経路に電気的に相互接続し、第１の経路が、２つ以上の分離した、間隔を空けられた繊維同士の間で延伸し、強化材料の複数の層の全厚さの、少なくとも大部分をｚ方向に通っている、段落Ｃ０に記載の方法。

【0116】

Ｃ２．母材が樹脂であり、印加するステップが、粒子の第２のサブセットを、１つ以上の導電経路の第２の経路に電気的に相互接続することを含み、第２の経路が、樹脂内に配置され、全厚さの全体を通って延伸し、第１の経路からは、ｚ方向に直交する方向に変位している、段落Ｃ１に記載の方法。

【0117】

Ｃ３．硬化させるステップにおいて、樹脂が所定の硬化状態に硬化するまで、印加するステップが実行される、段落Ｃ２に記載の方法。

【0118】

本明細書で説明される、複合材料の異なる実施形態、及びその製造方法は、導電性を強化するための既知の解決策に対して、いくつかの利点を提供する。例えば、本明細書で説明される例示的な実施形態は、複合材料の健全性を損なうことなく複合材料を硬化させて、複合材料の中に（及び／又は複合材料を通る）導電経路を形成することを可能にする。また、他の利点として、本明細書で説明される例示的な実施形態は、複合材料に入射した電流を放散させ、かつ／又は１つ以上の複合層を流れる電流を強化することができる。しかし、ここで述べる全ての実施形態が、必ずしも同一の利点、又は同程度の利点を提供するものではない。

【0119】

上述した開示は、独立した有用性を有する複数の異なる実施形態を含んでいる。これらの各実施形態は、その好ましい形態で開示されているが、本明細書で開示され例示された、その特定の実施形態は、多くの変更が可能であるため、限定的な意味で考えられるべきではない。本実施形態の主題は、本明細書で開示された様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、全ての新規かつ非自明な組み合わせ、及び副次的な組み合わせを含んでいる。以下の請求項は、新規かつ非自明であるとみなされる、いくつかの組み合わせ及び副次的な組み合わせについて、特に示す。特徴、機能、要素、及び／又は特性の、他の組み合わせ及び副次的組み合わせの実施形態は、本出願、又は関連出願からの優先権を主張する出願において、特許請求され得る。このような特許請求の範囲は、異なる発明、又は同一の発明に関するかどうかに関わらず、かつ、範囲として元の特許請求より広いか、狭いか等しいか、又は異なっているかに関わらず、本開示の実施形態の主題内に含まれると考えられる。

【符号の説明】

【0120】

１００ 複合材料
１００ａ 第１の面
１００ｂ 第２の面
１０２ 母材
１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６ 層
１１８ 強化材料（繊維）
１５０、１５４、１６０、１６４ 導電経路
２００ 複合材料
２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４ 層
２１６ 強化材料（繊維）
２１８ 母材
２２０ 導電性粒子
２２２ 混合物
２２４ 構造体
３００ 装置
３１０ 硬化装置
３２０ 磁場生成装置
３３０ データ処理システム
３４０ 磁場
３４４ 磁力線
３５０、３５４、３５８ 導電経路
５００ 装置
５１０ 硬化装置
５２０ 磁場生成装置
５３０ データ処理システム
５４０ 磁場
５４０ａ、５４０ｂ 磁力線
５５０ 磁場
５６０、５６２、５６４、５６６ 導電経路
５７０、５７４、５７８、５８２ ソレノイド
６００ 装置
６１０ 硬化装置
６２０ 磁場生成装置
６３０ データ処理システム
６４０ 磁場
６６０、６６２、６６４、６６６、６６８、６７０、６７２、６７４、６７６、６７８、６８０、６８２、６８４ 導電経路
１１００ データ処理システム
１１０２ 通信フレームワーク
１１０４ プロセッサユニット
１１０６ メモリ
１１０８ 永続的記憶媒体
１１１０ 通信ユニット
１１１２ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）ユニット
１１１４ ディスプレイ
１１１６ 記憶装置
１１１８ プログラムコード
１１２０ コンピュータ可読媒体
１１２２ コンピュータプログラム製品
１１２４ コンピュータ可読記憶媒体
１１２６ コンピュータ可読信号媒体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】