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特許7475815積層板の表面上にコーティングを付けるための方法、装置、及びアプリケータ
(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】
(24)【登録日】2024-04-19
(45)【発行日】2024-04-30
(54)【発明の名称】積層板の表面上にコーティングを付けるための方法、装置、及びアプリケータ
(51)【国際特許分類】
B05D 1/28 20060101AFI20240422BHJP
B05D 5/12 20060101ALI20240422BHJP
B05C 1/02 20060101ALI20240422BHJP
C23C 24/02 20060101ALI20240422BHJP
C23C 28/02 20060101ALI20240422BHJP
【ＦＩ】
B05D1/28
B05D5/12 B
B05C1/02 101
C23C24/02
C23C28/02
【請求項の数】
11
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2019043640
(22)【出願日】2019-03-11
(65)【公開番号】P2019205992
(43)【公開日】2019-12-05
【審査請求日】2022-03-04
(31)【優先権主張番号】15/923,630
(32)【優先日】2018-03-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(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】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】コスラバニ， シャハリアル
【審査官】大塚 美咲
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１７５６３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３７４８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０５Ｄ １／２８
Ｂ０５Ｄ ５／１２
Ｂ０５Ｃ １／０２
Ｃ２３Ｃ ２４／０２
Ｃ２３Ｃ ２８／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
繊維強化プラスチック材料の積層板の表面上にコーティングを付けるための方法（２００）であって、前記積層板の前記表面が強化繊維の露出端を含み、前記方法が、強化繊維の露出端を有する前記積層板の前記表面に対して擦り付けることによって固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択すること（２０２）、及び
導電性材料の粒子を摩耗させて前記積層板の前記表面上に付着させるために、前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けること（２０４）
を含み、
前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることが、
前記導電性材料を、複数の層を通って延在する孔を画定する前記積層板の表面に対して擦り付けること、及び
導電性材料の粒子を摩耗させて前記孔の周り全体において前記孔に付着させるように、前記導電性材料が、前記孔を画定する前記表面と摩擦接触している間に、前記孔を画定する前記表面によって境界付けられた空間の内側にある前記導電性材料を回転させること
を含み、
前記方法が、前記導電性材料を、前記導電性材料が回転しているときに径方向外向きに撓むように構成された可撓性要素に取り付けることを更に含む、
方法（２００）。
【請求項2】
前記導電性材料が、回転中にバネ力によって径方向外向きに付勢される、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項3】
前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることが、前記導電性材料を、複数の層を通って切断されたエッジを画定する前記積層板の表面に対して擦り付けることを含む、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項4】
低融点合金ではない金属合金から作られ且つ遠位端を有するシャフト（４２）、低融点合金ではない金属合金から作られたアプリケータ本体（４６）であって、前記シャフト（４２）の前記遠位端から距離を置いて位置付けられた前記シャフト（４２）の一部分に固定的に連結された非可撓性部分（４６ａ）と、第１の可撓性ヒンジ（４６ｃ）の撓みによって前記非可撓性部分（４６ａ）に対して曲がるように構成された第１の可撓性要素（４６ｂ）と、を備えたアプリケータ本体（４６）、及び
摩耗可能な材料から作られ且つ前記第１の可撓性要素（４６ｂ）に取り付けられた第１のパッド（５４ａ）を備える、孔コーティングアプリケータ（４０）。
【請求項5】
前記アプリケータ本体（４６）が、第２の可撓性ヒンジ（４６ｅ）の撓みによって前記非可撓性部分（４６ａ）に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素（４６ｄ）を更に備え、前記孔コーティングアプリケータが、摩耗可能な材料から作られ且つ前記第２の可撓性要素（４６ｄ）に取り付けられた第２のパッドを更に備える、請求項４に記載の孔コーティングアプリケータ（４０）。
【請求項6】
前記第１の可撓性ヒンジ（４６ｃ）が、前記第１の可撓性要素（４６ｂ）を前記非可撓性部分（４６ａ）に直接的に連結し、前記第２の可撓性ヒンジ（４６ｅ）が、前記第２の可撓性要素（４６ｄ）を前記非可撓性部分（４６ａ）に直接的に連結する、請求項５に記載の孔コーティングアプリケータ（４０）。
【請求項7】
前記第１の可撓性要素（４６ｂ）の遠位端が、第１の直円錐台面の円周部分を有し、前記第２の可撓性要素（４６ｄ）の遠位端が、第２の直円錐台面の円周部分を有し、前記孔コーティングアプリケータ（４０）が更に、前記第１の可撓性要素（４６ｂ）及び前記第２の可撓性要素（４６ｄ）の遠位端の近傍で前記シャフト（４２）に摺動可能に連結されたスライダー（４８）であって、前記スライダーが接する位置にあるときに、前記第１の可撓性要素（４６ｂ）及び前記第２の可撓性要素（４６ｄ）の前記第１の直円錐台面及び前記第２の直円錐台面の前記円周部分に接する第３の直円錐台面（５６）を有する、スライダー（４８）、及び
前記スライダー（４８）上にバネ力を加えることによって、前記第３の直円錐台面（５６）が、前記第１の可撓性要素（４６ｂ）及び前記第２の可撓性要素（４６ｄ）の遠位端を前記シャフト（４２）から離れるように撓ませる、バネ（５０）を備える、請求項５又は６に記載の孔コーティングアプリケータ（４０）。
【請求項8】
前記アプリケータ本体（４６）が、第２の可撓性ヒンジ（４６ｅ）の撓みによって前記非可撓性部分（４６ａ）に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素（４６ｄ）を更に備え、前記第１の可撓性要素（４６ｂ）が、前記第１の可撓性ヒンジ（４６ｃ）の撓みによって前記第２の可撓性要素（４６ｄ）に対して曲がり、前記第１の可撓性ヒンジ（４６ｃ）及び前記第２の可撓性ヒンジ（４６ｅ）の撓みによって前記シャフト（４２）に対して曲がるように構成されている、請求項４に記載の孔コーティングアプリケータ（４０）。
【請求項9】
孔コーティングアプリケータ（４０ｄ）であって、低融点合金ではない金属合金から作られ且つ遠位端を有するシャフト（４２）と、
低融点合金ではない金属合金から作られたアプリケータ本体（８４）と、
を備え、
前記アプリケータ本体（８４）が、
非可撓性部分（８５）であって、前記シャフト（４２）の前記遠位端から距離を置いて位置付けられた前記シャフト（４２）の一部分に固定的に連結された非可撓性部分（８５）と、
第１の可撓性要素（９０）であって、第１の可撓性ヒンジ（８６）の撓みによって、前記非可撓性部分（８５）に対して曲がるように構成された第１の可撓性要素（９０）と、
第２の可撓性要素（１０６）であって、第２の可撓性ヒンジ（９２）及び第３の可撓性ヒンジ（９６）の撓みによって、前記第１の可撓性要素（９０）に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素（１０６）と、
第３の可撓性要素（１０２）であって、第４の可撓性ヒンジ（９４）及び第５の可撓性ヒンジ（９８）の撓みによって、前記第１の可撓性要素（９０）および前記第２の可撓性要素（１０６）に対して曲がり、前記第１の可撓性ヒンジ（８６）、前記第２の可撓性ヒンジ（９２）、前記第４の可撓性ヒンジ（９４）及び前記第５の可撓性ヒンジ（９８）の撓みによって、前記非可撓性部分（８５）に対して曲がるように構成されており、前記シャフト（４２）が作られている前記金属合金から作られた第３の可撓性要素（１０２）と、
第４の可撓性要素（１０４）であって、前記第４の可撓性ヒンジ（９４）及び第６の可撓性ヒンジ（１００）の撓みによって、前記第１の可撓性要素（９０）及び前記第２の可撓性要素（１０６）に対して曲がるように構成された第４の可撓性要素（１０４）と、
を備え、
前記第５の可撓性ヒンジ（９８）及び前記第６の可撓性ヒンジ（１００）が、前記第１の可撓性要素（９０）及び前記第２の可撓性要素（１０６）を互いに連結しており、
前記孔コーティングアプリケータ（４０ｄ）が、
第１のパッド（５４ａ）であって、摩耗可能な材料から作られ且つ前記第３の可撓性要素（１０２）及び前記第４の可撓性要素（１０４）並びに交差部（１ａ）の外縁面に取り付けられた第１のパッド（５４ａ）をさらに備え、
前記交差部（１ａ）が、前記第４の可撓性ヒンジ（９４）、前記第５の可撓性ヒンジ（９８）、及び前記第６の可撓性ヒンジ（１００）を連結する、孔コーティングアプリケータ（４０ｄ）。
【請求項10】
凹面を有する表面を有する孔（２０）又はエッジを有する複合材層（３０）、及び前記孔（２０）又は前記エッジの前記表面に付着され且つ前記凹面を充填するコーティング（１２）を備える構造アセンブリ（１４）を製造する方法であって、
前記複合材層（３０）が、導電性材料から作られた繊維を備え、前記コーティングが、低融点合金の摩耗した粒子の集合体を含み、
前記方法が、
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（２００）で前記コーティングを付けることを含む、
方法。
【請求項11】
支持構造体と、前記支持構造体によって支持されている軸受けと、
前記軸受けによって回転可能に支持されているスピンドルと、
前記スピンドルの回転を駆動するために前記スピンドルに機械的に連結されているモータと、
前記スピンドルに連結されているチャックと、
請求項４から９のいずれか一項に記載の孔コーティングアプリケータと、
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広くは、構造物内の接合孔（以下、「孔」）内でファスナの締り嵌め（interference fit）が実現され得るようなやり方で、２以上の構造物又は加工対象物（それらのうちの少なくとも一方は、繊維強化プラスチックなどの複合材料から作られている）を固定するためのファスナの使用に関する。特に、本開示は、ボルト又はピン及び嵌め合い部品（mating part）（例えば、ナット若しくは環）を有する締り嵌めファスナアセンブリを使用して、複合材料の層を材料の別の層に固定するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本明細書で使用される際に、「嵌め合い部品」というカテゴリーは、雌ねじ付きナット及び環並びに加締め環を含む。本明細書で使用される際に、「ファスナ」というカテゴリーは、ボルト、ピン、リベット、及び／又は任意の他の適切なデバイスを含む。本明細書で使用される際に、「外部突起」という用語は、少なくとも以下の種類を含むように広く解釈されるべきである。すなわち、（１）雄ねじ、及び（２）外側アニュラリング（環状リング）である。本明細書で使用される際に、「孔」という用語は、部品の両面内で空間を境界付け且つ部品の両面内の開口をつなぐ表面を意味する。繊維強化プラスチック材料という文脈では、空間を境界付ける表面が樹脂及び繊維によって形成されている。
【0003】
材料の複数の層を共に固定するための少なくとも１つの方法は、層をクランプアップ（clamp up）し、穿孔し、その後、孔の中へファスナを挿入して層を共に固定することである。ファスナは、通常、ナット内に挿入されるか、又は層内の受け孔（receiving hole）内にすきま嵌め（clearance fit）される。多くの用途に対して、これは十分なものとなる。しかし、組み立てられる構造物が、繰り返し荷重に晒されるときに、それらの孔内のファスナの嵌め合いが緩いと、それらの孔内でファスナが継続的に動くであろう。
【0004】
更なる課題は、固定された層のうちの１以上が複合材料から作られているときに提示される。例えば、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）は、金属よりもかなり導電性が低い。電流は、CFRP構造物内の炭素繊維を通して伝導される。炭素繊維とCFRPの孔内の金属製ファスナとの間の不連続性は望ましくない。
【0005】
孔内のファスナ（以下、「締り嵌めファスナ」）の締り嵌めは、組み立てられる構造物の繰り返し荷重による不連続性を効果的に低減させ得る。締り嵌めは、動きを低減させるより密着した接合を形成し、高められた疲労性能をもたらす。更に、締り嵌めファスナは、電流を消散させる助けとなり得る。
【0006】
複合材料（例えば、CFRP）の繊維と金属製ファスナとの間の導電性を高める一方で、複合材料の層（以下、「複合材層」）を別の材料の層（例えば、金属層又は別の複合材層）に固定するために使用されるスリーブレス・ファスナに対する締り嵌めにおけるばらつきを最小化するための１つの方法は、孔を溶融した低融点合金（molten low-melting alloy）でコーティングすることを含む。しかし、溶融した低融点合金は、溶融した低融点合金の高い表面張力を原因として繊維状CFRPの表面と混じり合わない傾向がある。これは、繊維レベルの寸法において極端な湾曲があるためであり得る。低融点合金の表面張力は、このスケール（規模）での広がりを抑制し得る。
【発明の概要】
【0007】
固体の導電性材料の摩耗によって複合材層内の接合孔をコーティングするための方法、装置、及びアプリケータの様々な実施例が、以下で幾らか詳細に説明されることとなるが、これらの実施例のうちの１以上は、以下の態様のうちの１以上によって特徴付けられ得る。
【0008】
以下で詳細に開示される主題の一態様は、繊維強化プラスチック材料のプライ（層）の積層板の表面上にコーティングを付けるための方法である。その表面は、強化繊維の露出端を有する。該方法は、強化繊維の露出端を有する積層板の表面に対して擦り付けることによって固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択すること、及び、導電性材料の粒子を摩耗させて積層板の表面上に付着させるために、積層板の表面に対して導電性材料を擦り付けることを含む。ある実施例によれば、その積層板の表面は、複数のプライを通って延在する孔である。他の実施例によれば、その積層板の表面は、複数のプライを通って切断されたエッジである。好適には、固体の導電性材料は、低融点合金（LMA）である。低融点合金は、一般的に、「可融合金」とも称される。本明細書で使用される際に、「低融点合金」という用語は、華氏１７０度よりも高く且つ華氏３００度よりも低い範囲内の溶融温度（融点）を有する合金を指す。
【0009】
以下でより詳細に開示される主題の別の一態様は、支持構造体と、支持構造体によって支持された軸受けと、軸受けによって回転可能に支持されたスピンドルと、スピンドルの回転を駆動するためスピンドルに機械的に連結されたモータと、スピンドルに連結されたチャックと、LMAではない材料から作られ且つチャックによってクランプされたシャフト、及び、シャフトによって支持され且つシャフトに対して径方向に移動可能なLMAパッドを備えた、孔コーティングアプリケータとを備える、装置である。ある実施例によれば、孔コーティングアプリケータは、可撓性ヒンジの撓みによってシャフトに対して曲がるように構成された可撓性要素を更に備え、LMAパッドが、可撓性要素に取り付けられている。他の実施例によれば、孔コーティングアプリケータは、カム面、LMAパッドを支え且つカム面と接触した傾斜面を有するカムブロック、及びカムブロック上に軸方向のバネ力をかけるバネを更に備える。その場合、カム面は、軸方向のバネ力がカムブロック上にかけられたときに、カムブロックを撓ませて径方向外向きに移動させる。
【0010】
以下でより詳細に開示される主題の更なる一態様は、LMAではない金属合金から作られ且つ遠位端を有するシャフトと、LMAではない金属合金から作られたアプリケータ本体であって、シャフトの遠位端から距離を置いて位置付けられたシャフトの一部分に固定的に連結された非可撓性部分、及び、可撓性ヒンジの撓みによって非可撓性部分に対して曲がるように構成された可撓性要素を備えた、アプリケータ本体と、可撓性要素に取り付けられた摩耗可能な材料（例えば、LMA）から作られたパッドとを備える、孔コーティングアプリケータである。
【0011】
以下でより詳細に開示される主題の更なる別の一態様は、LMAではない材料から作られたシャフトと、LMAではない材料から作られ且つカム面を備えた、シャフトに連結されたアプリケータ本体と、LMAではない材料から作られ且つカム面に対峙する傾斜面を有するカムブロックと、カムブロックに取り付けられたLMAパッドであって、露出された外縁面を有するLMAパッドと、カムブロック上に軸方向のバネ力をかけるバネとを備える、孔コーティングアプリケータである。その場合、カム面は、カムブロックが軸方向のバネ力によって移動されたときに、カムブロックを撓ませて径方向外向き成分を有する方向に移動させる。
【0012】
更なる一態様は、凹面を有する表面を有する孔又はエッジを有する複合材層、及び孔又はエッジの表面に付着され且つ凹面を充填するコーティングを備える、構造アセンブリである。その場合、複合材層は、導電性材料から作られた繊維を備え、コーティングは、低温状態で付着したLMAの摩耗した粒子の集合体を含む。ある実施例によれば、コーティングは、粒子の集合体上に重なるLMAの連続した薄膜を更に備える。適切なLMAは、以下のうちの２以上のエレメントの合金を含む。すなわち、ビスマス、インジウム、すず、鉛、及びアンチモンである。好適なLMAは、（好適には５０％を超える）ビスマス、インジウム、及びすずの混合物から成る三元合金である。
【0013】
固体の導電性材料の摩耗によって複合材層内の接合孔をコーティングするためのシステム、装置、及び方法の他の態様が、以下で説明される。
【0014】
前述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施例で個別に実現することが可能であり、又は、更に別の実施例で組み合わせることが可能である。先述の態様及び他の態様を示すために、図面を参照して、様々な実施例が以下で説明される。この部分で簡略に記載された図面は、いずれも縮尺通り描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】スリーブレス締り嵌めファスナアセンブリによってグリップされた複合材構造物及び金属構造物を含むアセンブリの部分断面図を表す図である。
【図2】第１の実施例による、孔コーティングアプリケータの部分の図を表す切り取り図である。
【図3】第２の実施例による、孔コーティングアプリケータの部分の図を表す切り取り図である。
【図4】第３の実施例による、孔コーティングアプリケータの部分の図を表す切り取り図である。
【図4A】図４と類似する切り取り図であるが、相違点は、第３の実施例による孔コーティングアプリケータの（破線で示されている）幾つかの構成要素が、更なる内部構造を明らかにするために除去されており、且つ、幾つかのハッチングが、図面中の混雑を避けるために省略されていることである。
【図5】第３の実施例による、孔コーティングアプリケータの部分の異なる図を表す切り取り図である。
【図6】第３の実施例による孔コーティングアプリケータの別の図を表す図であるが、相違点は、摺動するアニュラリングが、孔コーティングアプリケータのシャフト内に形成されたスロット内で摺動する横断ピンを明らかにするために除去されていることである。
【図7】図６の図に類似した図を表す図であるが、摺動するアニュラリングが、孔コーティングアプリケータシャフトと一体的に形成されるか又は孔コーティングアプリケータシャフトに接合されたアプリケータ本体によって形成された端止めに接して配置されている。
【図8】第３の実施例による、アプリケータ本体及び摺動するアニュラリングの図を表す図である。
【図11】複合材料の層内に形成された接合孔内に付けられた導電性コーティングの厚さを測定するように設計された抵抗測定プローブの電気回路を表す回路図である。
【図12】導電性コーティングの厚さを測定することにおいて使用されるために内部にファスナが挿入されているコーティングされた孔の周りの検知パッドの配置を示している図である。
【図14】電圧対時間の２つのグラフを含む。すなわち、上側のグラフは、孔の抵抗が所望の値に到達したときに如何に著しく出力電圧Ｖｏｕｔが変化するかを示し、下側のグラフは、孔の抵抗が所望の値に近づく際に如何にＡ‐Ｂブリッジの出力電圧が減少するかを示す。
【図15】孔のインターフェースにおける実効抵抗を測定することによって、CFRPを含む複合材層内の接合孔内に付着した導電性コーティングの厚さをモニタリングするためのシステムの構成要素を特定するブロック図である。
【図16】近端ファスナを基準とした実効抵抗を測定することによって、CFRPを含む複合材層のエッジ上に付着した導電性コーティングの厚さをモニタリングするためのシステムの構成要素を特定する図である。
【図17】繊維強化プラスチック材料のプライの積層板の表面上にコーティングを付けるための方法のステップを特定するフローチャートである。
【図19】導電性コーティングと、導電性繊維を有する繊維強化プラスチックから作られた複合材層のクロスプライ面と、のインターフェースにおける接触抵抗を測定するための方法のステップを特定するフローチャートである。
【図20】第５の実施例による、孔コーティングアプリケータの部分の図を表す図である。
【図21】導電性コーティングと、導電性繊維を有する繊維強化プラスチックから作られた複合材層のクロスプライ面と、のインターフェースにおける接触抵抗を測定するための方法のステップを特定するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下で図面を参照するが、異なる図面の中の類似の要素には同一の参照番号が付される。
【0017】
以下で幾らか詳細に開示される主題は、低融点合金（LMA）などの固体の導電性材料の摩耗によって、複合材料内の接合孔をコーティングするための方法、装置、及びアプリケータを対象とする。低融点合金は、そのより低い分子間力のために低い硬度を有し、室温で直接的に複合材料内の接合孔に供給され得る。金属ファスナがコーティングされた孔内に挿入されてしまった後で、コーティングは、複合材料（例えば、CFRP）の繊維と金属製ファスナとの間の導電性を高めることができる。その一方で、コーティングは、複合材料の層（以下、「複合材層」）を材料の別の層（例えば、金属層又は別の複合材層）に固定するために使用されるスリーブレス・ファスナに対する締り嵌めのばらつきを最小化する。固体の導電性材料は、同様にエッジ上に付着され得る。
【0018】
より具体的には、本明細書で提案されるコーティング技術は、溶融したLMAがCFRP層の粗い表面を濡らすときに生じる分子の反発力に起因する難しい問題を回避することができる。ある実施例によれば、表面上のLMA粒子のサイズは、（例えば、室温の）低温のLMAを付けること、及び、（黒板上のチョーク効果に類似した）摩耗を通じてLMAの薄い層を付着させることによって低減される。このLMAの第１の層は、LMAによって形成されたコーティングされた孔の実際の湾曲を低減させることができ、再現可能で一貫したコーティングをCFRP表面上に生成する。提案される方法は、LMA／CFRPインターフェースの品質及び接続性を大幅に改善する、LMAの独特な微細構造をCFRP上に生成することができる。更に、該方法は、チタニウムのファスナに付けられたときに、LMAコーティングの品質及び量を改善し得る。
【0019】
任意選択的に、溶融状態のLMAの第２の付着が適用され得る。そのイベントでは、溶融したLMAが、LMAの第１の層上に容易に広がり、より完璧に近い最終コーティングを生成する。
【0020】
上述の方法を実施するために使用される装置は、摩擦を通じて固体の導電性材料（例えば、LMA）を付着させることによって、接合孔をコーティングするように構成された回転するアプリケータを含む。孔コーティングアプリケータは、固定された穿孔機械又はロボット若しくは他のオートメーション化された装置に取り付けられた穿孔ツールのスピンドルの端に取り付けられたチャックによってグリップされ得る。
【0021】
ある実施例によれば、孔コーティングアプリケータは、孔に対して擦り付けられるように構成されたLMAから作られたそれぞれのパッド（以下、「LMAパッド」）を運ぶ１以上のカムブロック、及びカムブロック上に軸方向のバネ力をかけるバネを更に含む。孔コーティングアプリケータは、軸方向のバネ力が軸方向においてカムブロック上にかけられたときに、カムブロックを径方向外向きに移動させるそれぞれのカム面を更に含む。孔コーティングアプリケータの回転中に、LMAはLMA粒子が摩耗するのに十分な力で孔に対して押し付けられて、所望のコーティング厚さが実現されるまで、接合孔を形成するCFRP上にLMA粒子を付着させる。
【0022】
他の実施例によれば、孔コーティングアプリケータは、それぞれの可撓性ヒンジにおいてシャフトに対して曲がることができる可撓性要素を更に備え、それぞれのLMAパッドが、可撓性要素に取り付けられている。各LMAパッドは、LMAから作られていない孔コーティングアプリケータの何れの部分よりもシャフトから更に径方向外向きに配置された外縁面を有する。孔コーティングアプリケータの回転中に、可撓性要素はLMA粒子が摩耗するのに十分な力でLMAを孔に対して押し付けて、所望のコーティング厚さが実現されるまで、CFRP上にLMA粒子を付着させる。
【0023】
本明細書で使用される際に、可撓性ヒンジによって別の要素に連結された可撓性要素の文脈において、「曲がる」という用語は、可撓性ヒンジの撓みによって他の要素に対して可撓性要素の角度が変更されることを意味し、可撓性要素の長さに沿って曲がることを意味しない。可撓性要素が、複数の可撓性ヒンジによって別の要素と連結されるならば、可撓性要素は、多数の可撓性ヒンジのうちの１以上における撓みによって別の要素に対して曲がるように構成されている。
【0024】
特に複合材の接合設置において十分な量のLMAを付けることを確実にするために、リアルタイム・モニタリングシステムが採用されて、接触抵抗が許容可能範囲内にあることを検証することができる。本明細書で説明される容量結合が利用されるならば、実効抵抗は、孔インターフェース抵抗のみに依存する（すなわち、実効抵抗は、LMAの品質／量に依存する）。本明細書で説明される回路は、モニタリングシステムが１つの接触点のみを有する抵抗を測定することを可能にする、容量結合セグメントを含む。LMAアプリケーション工程（アプリケータの挿入及び回転）を制御し、モニタリングシステムによる応答に基づいて、満足できる抵抗レベルが実現されたことを確認するために、フィードバックループが使用される。接合孔上にコーティングを形成するためにLMAを付着させ、同時に、直列にあるLMAと炭素繊維の実効抵抗測定し、その後、指定された実効抵抗が実現されたときに付着させることを止めることによって、最終構造アセンブリにおいて孔／ファスナ・インターフェースの少なくとも最小の許容可能な導電性が実現され得る。
【0025】
次に、固体の導電性材料の摩耗によって複合材層内の接合孔をコーティングするためのシステム、装置、及び方法の様々な実施例が、例示目的で詳細に説明されることとなる。結果としてのコーティングは、締り嵌めのばらつきを最小化し、締り嵌めファスナアセンブリ内の導電性を高めることができる。以下で開示される詳細のうちの少なくとも一部は、任意選択的な機能又は態様に関しており、ある用途では、そのうちの幾つかが本明細書に添付された特許請求の範囲から逸脱することなく省略され得る。
【0026】
次に、スリーブレス締り嵌めファスナアセンブリによって、複合材料（例えば、繊維強化プラスチック）から作られた第２の構造要素に取り付けられた、金属材料（例えば、金属合金）から作られた第１の構造要素を含む、構造アセンブリの１つの例示的な実施例が、図１を参照しながら詳細に説明されることとなる。その実施例によれば、ファスナが、ピンを含み、嵌め合い部品が、ピンの嵌め合い部分の外部突起と相互に係合する加締め環を含む。しかし、本明細書で開示されるコンセプトは、更に、ファスナが、ボルトを含み、嵌め合い部品が、ボルトの嵌め合い部分の外部突起と相互に係合する雌ねじを有するナットを含む。
【0027】
図１は、割れ目（crevice）を有する表面を有する孔２０を有する複合材層３０を含む構造アセンブリ１４の部分断面図を表す図である。構造アセンブリ１４は、孔２０に付着し且つ割れ目を充填するコーティング１２も含む。コーティング１２は、円筒形のコーティングされた孔２２を画定する。複合材層３０は、導電性材料から作られた繊維を有し、コーティング１２は、LMAを含むか又はLMAである。LMAは、溶融状態で付けられたものである。図１で描かれている実施例では、構造アセンブリ１４が、複合材層３０に隣接して且つ複合材層３０に接触して配置された金属層３２を更に含む。
【0028】
構造アセンブリ１４は、ファスナ２及び加締め環３４を有する、スリーブレス締り嵌めファスナアセンブリ２８も含み得る。ファスナ２は、シャンク６、ねじ部８、及び移行部分１０を含む。代替的な実施例では、ファスナ２が、雄ねじの代わりに外側アニュラリングを有してよい。図１は、皿（すなわち、平らな）頭４を有するファスナ２を描いているが、ファスナ２は、代替的に突出した頭を有してよい。締り嵌めは、シャンク６の外径未満の内径（例えば、数インチの千分の一の差）を有するコーティングされた孔２２によって実現される。
【0029】
図１で示されているファスナ２は、コーティングされた孔２２の中へ挿入され、加締められていない環（図１では示されていない）が、ファスナ２の一部分を覆って置かれる。ファスナ２の設置サイクル中に、（緩くフィットする金属リングの形態を採る）加締められていない環が、加締め環３４を形成するためにファスナ２の周りで変形される。ファスナ２は、ねじ部８の上にロッキング溝を有する。ファスナ２及び加締め環３４は、結合してファスナアセンブリ２８を形成する。ボルト及びピンは、好適には、チタニウム合金、アルミニウム合金、インコネル、又は耐食鋼などの、金属合金から作られている。環は、好適には、チタニウム合金、アルミニウム合金、又は耐食鋼から作られている。
【0030】
本開示は、孔２０を形成する複合材料の表面に、溶融したLMAを付けることによってではなく、低耐摩耗性を有する固体のLMAを付けることによって、接合孔（例えば、図１で描かれているタイプの接合孔）の内側のコーティング／複合材層インターフェースの品質及び接続性を改善することを提案する。任意選択的に、固体のLMAのみを使用して実現可能なものよりも滑らかな表面を有するコーティングされた孔を実現するために、孔内に付着した固体のLMAを覆って溶融したLMAが付けられてもよい。
【0031】
前述の段落で短く説明された工程は、（例えば、航空機の）構造部品などの構造アセンブリ１４を形成するために層のスタック内に含まれる複合材層内の全ての接合孔に適用され得る。構造アセンブリ１４内に含まれる複合材料の全ての層内の全ての孔がLMAでコーティングされた後で、複合材料の層及び複合材料から作られていない任意の他の層は、それぞれの積み重ねられた層内の孔が整列するようにスタック内に置かれる。それぞれのファスナ２は、（挿入中にハイドロプレーニングを可能にするために固化された材料の表面を液化し、それによって、抵抗を低減させるために）予め加熱され、その後、締り嵌めを有する複合材層３０内のコーティングされた孔２２の中へ挿入される。その後、加締め環３４が、それぞれのファスナ２に連結される。各事例では、ファスナ２のシャンク６の少なくとも一部分が、導電性材料から作られたコーティング１２によって囲まれている。
【0032】
次に、孔２０などの接合孔内に固体のLMAを付けるための装置の様々な実施例が、図２～図１０（並びに図４Ａ及び図１０Ａ）を参照しながら開示されることとなる。これらの実施例のそれぞれは、回転可能且つ垂直に移動可能なスピンドル１５０を有する機械のエンドエフェクタ（例えば、チャック１５４）に連結され得る孔コーティングアプリケータ４０（図１５参照）を含む。以下で開示される実施例の共通の態様において、孔コーティングアプリケータ４０は、孔コーティングアプリケータ４０が回転する際に、導電性材料から作られたコーティング１２を摩擦を通じて付着させることによって、孔２０を画定する表面をコーティングするように構成されている。ある実施例によれば、孔コーティングアプリケータ４０は、固定された穿孔機械又はロボット若しくは他のオートメーション化された装置に取り付けられた穿孔ツールのスピンドル１５０の端に取り付けられたチャック１５４によってグリップされ得るシャフト４２を含む。孔コーティングアプリケータ４０は、スピンドル１５０が回転する際に、１以上のLMAパッド５８ａ～５８ｃを摩耗させるのに十分な力を用いて、複合材層３０内の孔２０を画定する表面に接触する、１以上のLMAパッド５８ａ～５８ｃを更に含む。本明細書で使用される際に、「LMAパッド」という用語は、（その長さに沿って変動し得る）厚さ、及び孔コーティングアプリケータ４０の回転中に孔２０に対して擦り付けられるように輪郭が決められた外縁面７４を有する、LMAの固体ブロック又は層を指す。
【0033】
図２は、第１の実施例による、孔コーティングアプリケータ４０ａの部分の図を表す切り取り図である。孔コーティングアプリケータ４０ａは、遠位端を有するシャフト４２、及びシャフト４２の中間部分に固定的に連結されたアプリケータ本体４６を含む。シャフト４２とアプリケータ本体４６は、金属合金から作られており、それらの何れも低融点合金（LMA）ではない。
【0034】
第１の実施例によれば、アプリケータ本体４６は、非可撓性部分４６ａ、第１の可撓性要素４６ｂ、及び第２の可撓性要素４６ｄを含む。非可撓性部分４６ａは、シャフト４２の遠位端から距離を置いてシャフト４２の中間部分に固定的に連結されている。第１の可撓性要素４６ｂは、第１の可撓性ヒンジ４６ｃの撓みによって非可撓性部分４６ａに対して曲がるように構成されている。第２の可撓性要素４６ｄは、第２の可撓性ヒンジ４６ｅの撓みによって非可撓性部分４６ａに対して曲がるように構成されている。第１の可撓性ヒンジ４６ｃは、第１の可撓性要素４６ｂを非可撓性部分４６ａに対して直接的に連結し、第２の可撓性ヒンジ４６ｅは、第２の可撓性要素４６ｄを非可撓性部部分４６ａに対して直接的に連結している。
【0035】
孔コーティングアプリケータ４０ａは、第１の可撓性要素４６ｂに取り付けられた第１のLMAパッド５４ａ、及び第２の可撓性要素４６ｄに取り付けられた第２のLMAパッド５４ｂを更に含む。第１のLMAパッド５４ａと第２のLMAパッド５４ｂのそれぞれは、好適には、LMA粒子を用いてコーティングされる（図１で示されている）孔２０の半径と近似的に等しい半径を有する直円筒面の一セクションである外縁面５８を有する。LMAパッド５４ａ及び５４ｂは、第１の可撓性要素４６ｂ及び第２の可撓性要素４６ｄの外縁面を超えて延在する。それによって、孔コーティングアプリケータ４０ａの回転中に、第１の可撓性要素４６ｂ及び第２の可撓性要素４６ｄは、孔２０を画定する表面に接触せず、外縁面５８が孔２０と接触する。
【0036】
孔コーティングアプリケータ４０ａは、直円錐台面（truncated right circular conical surface）を有するノーズ４４を更に含み得る。ノーズ４４は、シャフト４２の遠位端に取り付けられている。ノーズ４４のテーパが付けられた円周面は、孔コーティングアプリケータ４０ａの挿入中に、ノーズ４４が孔２０を通って移動することを容易にする。ノーズのベース４４ａは、保持バネ５０に対する端止めとして働く。保持バネ５０は、図２で見られるように、シャフト４２の一部分の周りに巻き付けられている。保持バネ５０の他端は、第１の可撓性要素４６ｂ及び第２の可撓性要素４６ｄの遠位端の近傍でシャフト４２に摺動可能に連結された、スライダー４８と接触している。第１の可撓性要素４６ｂの遠位端は、第１の直円錐台面５２ａの円周部分を有し、第２の可撓性要素４６ｄの遠位端は、第２の直円錐台面５２ｂの円周部分を有する。スライダー４８は、シャフト４２がそこを通って移動するボアを有する直円錐台の形態を採る。スライダー４８の外周面は、スライダー４８が接する位置にあるときに、第１の可撓性要素４６ｂ及び第２の可撓性要素４６ｄの直円錐台面５２ａ及び５２ｂの円周部分に接する、直円錐台面５６である。
【0037】
保持バネ５０は、図２の矢印Ａによって示されている軸方向にスライダー４８を摺動させるバネ力をスライダー４８に加える。この摺動動作中に、第３の直円錐台面５６は、第１及び第２の可撓性要素の遠位端をシャフト４２から離れるように（図２で矢印ＢとＣによって示されている）両側の方向へ撓ませる。より具体的には、スライダー４８によってかけられた接触力が、第１の可撓性要素４６ｂに角度βだけ角偏向を受けさせる。この角偏向は、第１の可撓性ヒンジ４６ｃにおいて生じる撓みによって可能となる。第２の可撓性要素４６ｄは、第２の可撓性ヒンジ４６ｅの撓みによって同様な角偏向を受ける。これらの角偏向の予想において、LMAパッド５４ａ及び５４ｂの外縁面５８は、偏向角βを補償するために角度αだけ傾けられる。この補償は、外縁面５８が、コーティングされる孔と平行に且つ傾かないようになることを確実にし得る。今度は、これにより、各外縁面５８の全体が孔と接触し、各外縁面５８の全体が孔の内側にあるときに孔コーティングアプリケータ４０ａが回転した場合、各外縁面５８の全体が摩耗に晒されることが確実になり得る。好適には、シャフト４２の軸が、孔コーティングアプリケータ４０ａの回転中に孔の軸と同軸になり得る。
【0038】
図３は、第２の実施例による、孔コーティングアプリケータ４０ｂの部分の図を表す切り取り図である。孔コーティングアプリケータ４０ｂは、遠位端を有するシャフト４２、シャフト４２の遠位端に取り付けられたノーズ４４、及びノーズ４４から距離を置いてシャフト４２の中間部分に取り付けられた支持フランジ６４を含む。孔コーティングアプリケータ４０ｂは、シャフト４２と緩く連結された、一対のカム半身６０ａと６０ｂを更に含む。カム半身６０ａと６０ｂのそれぞれは、それぞれのカム面６２ａと６２ｂを有する。それぞれのカム面６２ａと６２ｂは、互いに対峙し、一方が他方に向けて押されると接触するようになる。更に、カム半身６０ａと６０ｂのそれぞれは、直円筒面の一セクションである外縁面を有する。孔コーティングアプリケータ４０ｂは、カム半身６０ａと６０ｂのそれぞれの外縁面の部分に接着されたそれぞれのLMAパッド５４ａと５４ｂを更に含む。今度は、LMAパッド５４ａと５４ｂが、それぞれの外縁面７４を有する。それぞれの外縁面７４は、前述されたように、コーティングされる孔の半径と一致する半径を有する直円筒面である。LMAパッド５４ａと５４ｂのそれぞれは、一定の厚さを有し得る。
【0039】
孔コーティングアプリケータ４０ｂは、図３で見られるように、シャフト４２の一部分の周りに巻き付けられた保持バネ５０を更に含む。支持フランジ６４は、保持バネ５０に対する端止めとして働く。保持バネ５０の他端は、カム半身６０ａの端面に接触する。保持バネ５０は、図３で矢印Ｆによって示される軸方向にカム半身６０ａを移動させるように付勢するバネ力を、カム半身６０ａに加える。この移動中に、カム半身６０ｂのカム面６２ｂは、（図３の矢印Ｄによって示されている）カム半身６０ａの動きが、軸方向成分と径方向成分の両方を有するように、カム半身６０ａを撓ませる。更に、カム半身６０ａのカム面６２ａは、カム半身６０ｂも、カム半身６０ａの径方向外向きの動きとは反対の方向の（図３で矢印Ｅによって示されている）径方向外向きに移動するように、カム半身６０ｂにカム（camming）する。カム半身６０ａ及び６０ｂのこの径方向の膨張の効果は、孔コーティングアプリケータ４０ｂの回転中に、孔の両側に対してLMAパッド５４ａと５４ｂの外縁面を押すことである。かけられる圧力の大きさは、孔コーティングアプリケータ４０ｂの回転中に、LMAパッドを摩耗させるのに十分な摩擦力を生成するように設計され、LMA粒子を孔に付着させる。この付着は、孔２０内のコーティング１２の所望の厚さが実現されるまで継続される。
【0040】
図４は、第３の実施例による、孔コーティングアプリケータ４０ｃの部分の図を表す切り取り図である。図４Ａは、図４と類似する切り取り図であるが、相違点は、孔コーティングアプリケータ４０ｃの（破線で示されている）幾つかの構成要素が、更なる内部構造を明らかにするために除去されており、且つ、幾つかのハッチングが、図面中の混雑を避けるために省略されていることである。
【0041】
図４で見られるように、孔コーティングアプリケータ４０ｃは、シャフト４２、シャフト４２の遠位端と一体的に形成され又はシャフト４２の遠位端に接合されたアプリケータ本体７６、アプリケータ本体７６の遠位端に取り付けられたノーズ４４、及びアプリケータ本体７６から距離を置いてシャフト４２の中間部分に取り付けられた支持フランジ６４を含む。孔コーティングアプリケータ４０ｃは、３つのカムブロック７８ａ～７８ｃを更に含む。３つのカムブロック７８ａ～７８ｃは、アプリケータ本体７６の内側に形成されたそれぞれのカム面６２ａ、６２ｂに沿って摺動するように、アプリケータ本体７６と摺動可能に連結されている。３つのカム面のうちの２つのカム面６２ａと６２ｂだけが、図４Ａ及び図５で視認可能である。各カムブロック７８ａ～７８ｃは、アプリケータ本体７６の内側に形成されたカム面６２ａ、６２ｂと対峙し且つ接触するそれぞれの傾斜面を有する。
【0042】
図８は、第３の実施例による、アプリケータ本体７６の構造に対する幾らかの洞察を提供する。カムブロック７８ａは、３つの側部上の開口部８２を境界付けるカム面６２ａを明らかにするために除去されてしまった。押し棒リンク７０ｄが、開口部８２を通って移動する。カムブロック７８ａの動きは、図８ではそれらのうちの一方だけが視認可能である、一対の相互に対向する平坦なガイド壁８０によって、横断方向において抑制されている。カムブロック７８ａの動きは、任意の適切な手段によって、径方向外向きの方向において抑制されている。例えば、ガイド壁８０には、カムブロック７８ａがアプリケータ本体７６から落ちることを防止するために、対応するカムブロック７８ａ内に形成された直線的なチャネルと係合する突起が設けられてよい。
【0043】
したがって、ノーズ４４に向けられたカムブロック７８ａ～７８ｃの任意の動きは、カムブロック７８ａ～７８ｃが、カム面と平行に移動することをもたらし得る。カム面は、シャフト４２の軸に対して斜めの角度で傾いている。言い換えると、各カムブロック７８ａ～７８ｃの動きは、図４の矢印Ｄで示されているように、軸方向成分と径方向外向き成分の両方を有する。３つのカムブロック７８ａ～７８ｃの径方向外向きの動きは、本明細書で「径方向膨張」と称されることとなる。
【0044】
更に、カムブロック７８ａ～７８ｃのそれぞれは、直円筒面の一セクションである外縁面を有する。孔コーティングアプリケータ４０ｃは、それぞれ、カムブロック７８ａ～７８ｃの外縁面に接着されたそれぞれのLMAパッド５４ａ～５４ｃ（図４では、LMAパッド５４ａ及び５４ｂのみが視認可能である）を更に含む。今度は、LMAパッド５４ａ～５４ｃが、それぞれの外縁面７４を有する。それぞれの外縁面７４は、前述されたように、コーティングされる孔の半径と一致する半径を有する直円筒面である。LMAパッド５４ａ～５４ｃのそれぞれは、一定の厚さを有し得る。
【0045】
図４で最も良くみられるように、カムブロック７８ａ～７８ｃのトリオは、押し棒７０ａ及び３つの押し棒リンク７０ｂ～７０ｄを含む押し棒リンケージ７０の軸方向の移動に応じて、調和して移動するように構成されている。旋回可能カップリング（例えば、回転ジョイント）は、図面では示されていないが、押し棒リンク７０ｂ～７０ｄは、押し棒７０ａのうちの一端に旋回可能に連結されている。押し棒リンク７０ｂ～７０ｄの他端は、それぞれのカムブロック７８ａ～７８ｃと旋回可能に連結されている。押し棒７０ａの端部は、押し棒７０ａの動きを軸方向のみに制約するために、シャフト４２内に形成された（図面では示されていない）軸方向ボア内に位置していてよい。押し棒７０ａがノーズ４４に向けて軸方向に移動される際に、押し棒リンク７０ｂ～７０ｄは、コーティングされる孔と接触するLMAパッド５４ａ～５４ｃ所望の径方向膨張を生成するために、それぞれの傾いたカム面（図４Ａ及び図５では、カム面６２ａ及び６２ｂのみが視認可能である）に沿って、それぞれのカムブロック７８ａ～７８ｃを押す。
【0046】
孔コーティングアプリケータ４０ｂは、図４で見られるように、シャフト４２の一部分の周りに巻き付けられた保持バネ５０を更に含むことができる。支持フランジ６４は、保持バネ５０に対する端止めとして働く。保持バネ５０の他端は、その周りにバネ５０が巻き付けられているシャフト４２の部分に沿って摺動可能なアニュラリング７２上に接触しバネ力をかける。アニュラリング７２は、（図４、図４Ａ、及び図５で描かれている）端位置と、その端位置から（すなわち、ノーズ４４から離れる方向に）移動された位置と、の間で摺動可能である。端位置では、アニュラリング７２の前面が、アプリケータ本体７６のアニュラ端面（以下、「端止め７７」）に接する（端止め７７は、図６で最も良く見られる）。移動された位置では、保持バネが、アニュラリング７２が端位置にあるときの圧縮状態よりも圧縮された状態にある。
【0047】
アニュラリング７２の機能は、アニュラリング７２が、図４、図４Ａ、及び図５で見られる、横断ピン６６を保持する正反対にある２つの径方向ボアを有するという事実から、探り出すことができる。図４で示されているように、横断ピン６６は、押し棒７０ａと固定的に連結されており、それによって、アニュラリング７２及び押し棒７０ａは、連携して移動する。この配置は、アニュラリング７２をその端位置に向けて押すことによって、保持バネ５０のバネ力が、押し棒７０ａをノーズ４４に向けて軸方向に移動させることを可能にし得る。今度は、アニュラリング７２が、押し棒リンケージ７０をノーズ４４に向けて押し、それによって、LMAパッド５４ａ～５４ｃを、径方向に膨張させて孔と接触させる。
【0048】
アニュラリング７２の開口部に及ぶ横断ピン６６の部分は、その周りに保持バネ５０が巻き付けられているシャフト４２の部分内に形成されたスロット６８内に位置している。スロット６８を明らかにするために、保持バネ５０は、図５～図７のそれぞれから省略された。スロット６８は、シャフト４２を径方向に横断して且つシャフト４２に沿って軸方向に延在している。図５は、スロット６８の内側に位置する横断ピン６６を示している。横断ピン６６は、両矢印Ｇによって示されているように、スロット６８の内側で軸方向の何れの方向にも移動可能である。図６は、やはりアニュラリング７２が省略された状態の横断ピン６６を示している。図７は、端位置にあるアニュラリング７２を示している。端位置では、アニュラリング７２の前面が、アプリケータ本体７６の（図７では視認可能でない）アニュラ端面と接している。
【0049】
孔コーティングアプリケータ４０ｃの唯一の干渉セクションは、LMAパッド５４ａ～５４ｃであり、円錐ノーズ４４ではない。ノーズ４４は、孔コーティングアプリケータ４０ｃを孔の中へ誘導する。ノーズ４４のベース４４ａの直径は、孔の直径よりも小さい。CFRPの孔２０との接触は、ノーズ挿入の後に生じる。この時点で、干渉及び摩擦のために、LMAパッド５４ａ～５４ｃは、LMAパッド５４ａ～５４ｃの外縁面７４が孔２０に接触するまで、傾斜した経路を下って移動し、裏側の保持バネ５０を圧縮する。バネの圧縮は、LMAパッド５４ａ～５４ｃとCFRPの孔との間のしっかりとした接触を維持するために、安定した径方向外向きの力を提供する。圧縮力の大きさは、孔コーティングアプリケータ４０ｃの回転中に、LMAパッド５４ａ～５４ｃを摩耗させるのに十分な摩擦力を生成し、LMA粒子を孔２０を画定する表面上に付着させる。この付着は、コーティング１２の所望の厚さが実現されるまで継続される。
【0050】
図９及び図１０は、第４の実施例による、孔コーティングアプリケータ４０ｄの異なる図を表す図である。孔コーティングアプリケータ４０ｄは、遠位端を有するシャフト４２、及びシャフト４２の遠位端と固定的に連結されるか又はシャフト４２の遠位端と一体的に形成されたモノリシックなアプリケータ本体８４を含む。（後者の場合、シャフト４２及びアプリケータ本体８４は、集合的にモノリシックな構造体を形成する。）シャフト４２とアプリケータ本体８４は、低融点合金（LMA）ではない金属合金から作られている。
【0051】
第４の実施例によれば、アプリケータ本体８４は、非可撓性部分８５、第１の可撓性要素９０、及び第２の可撓性要素１０６を含む。非可撓性部分８５は、シャフト４２の遠位端と固定的に連結されている。可撓性要素９０は、第１の可撓性ヒンジ８６の撓みによって非可撓性部分８５に対して曲がるように構成されている。可撓性要素１０６は、第２の可撓性ヒンジ９２及び第４の可撓性ヒンジ９６の撓みによって可撓性要素９０に対して曲がるように構成されている。第１の可撓性ヒンジ８６は、可撓性要素９０を非可撓性部分８５に連結し、可撓性ヒンジ９２及び９６は、可撓性要素９０と１０６を互いに連結している。アプリケータ本体８４は、第３の可撓性要素１０２を更に含む。第３の可撓性要素１０２は、第５の可撓性ヒンジ９４及び第６の可撓性ヒンジ９８の撓みによって可撓性要素９０及び１０６に対して曲がるように構成されている。別の可撓性要素１０４は、可撓性ヒンジ９４及び１００の撓みによって可撓性要素９０及び１０６に対して曲がるように構成されている。可撓性ヒンジ９８及び１００は、可撓性要素９０と１０６を互いに連結する。
【0052】
第４の実施例によれば、アプリケータ本体８４は、可撓性要素１０８及び可撓性要素１２４を更に含む。可撓性要素１０８は、可撓性ヒンジ８８の撓みによって非可撓性部分８５に対して曲がるように構成されている。可撓性要素１２４は、可撓性ヒンジ１１０及び１１４の撓みによって可撓性要素１０８に対して曲がるように構成されている。可撓性ヒンジ８８は、可撓性要素１０８を非可撓性部分８５に直接的に連結する。可撓性ヒンジ１１０及び１１４は、可撓性要素１０８及び１２４を互いに連結する。アプリケータ本体８４は、可撓性要素１２０及び可撓性要素１２２を更に含む。可撓性要素１２０は、可撓性ヒンジ１１２及び１１６の撓みによって可撓性要素１０８及び１２４に対して曲がるように構成されている。可撓性要素１２２は、可撓性ヒンジ１１２及び１１８の撓みによって可撓性要素１０８及び１２４に対して曲がるように構成されている。可撓性ヒンジ１１６及び１１８は、可撓性要素１２０と１２２を互いに連結する。
【0053】
図１０Ａを参照すると、可撓性ヒンジ９４、９８、及び１００を連結する交差部１ａと、可撓性ヒンジ９２、９４、及び９６を連結する交差部１ｂとは、可撓性ヒンジ９４によって連結されている。可撓性ヒンジ１１２、１１６、及び１１８を連結する交差部１ｃと、可撓性ヒンジ１１０、１１２、及び１１４を連結する交差部１ｄとは、可撓性ヒンジ１１２によって連結されている。
【0054】
前述の構造は、１以上の可撓性ヒンジの撓みによって、全ての可撓性要素が、アプリケータ本体８４の非可撓性部分８５に対して、及び、シャフト４２に対して曲がることを可能にする。例えば、可撓性要素１０２は、可撓性ヒンジ９８、９４、９２、及び８６の撓みによって、非可撓性部分８５に対して曲がるように構成され、可撓性要素１０４は、可撓性ヒンジ１００、９４、９２、及び８６の撓みによって、非可撓性部分８５に対して曲がるように構成され、可撓性要素１２０は、可撓性ヒンジ１１６、１１２、１１０、及び８８の撓みによって非可撓性部分８５に対して曲がるように構成され、可撓性要素１２２は、可撓性ヒンジ１１８、１１２、１１０、及び８８の撓みによって、非可撓性部分８５に対して曲がるように構成されている。モノリシックな孔コーティングアプリケータ４０ｄは、可撓性ヒンジによる自己整合（self-aligning）及びセンタリング能力を有する。
【0055】
孔コーティングアプリケータ４０ｄは、可撓性要素１０２及び１０４並びに交差部１ａの外縁面に取り付けられた第１のLMAパッド５４ａを更に含む。孔コーティングアプリケータ４０ｄは、可撓性要素１２０及び１２２並びに交差部１ｃの外縁面に取り付けられた第２のLMAパッド５４ｂを含むことができる。アプリケータ本体８４が孔の内側にある間で、孔コーティングアプリケータ４０ｄの回転中に、可撓性要素は、求心力のために径方向外向きに曲がり孔と接触する。図９及び図１０では示されていないが、非撓み状態にある可撓性要素１０２及び１０４は、孔コーティングアプリケータ４０ｄの中心軸に向けてわずかに傾き得る。それによって、回転中の径方向外向きの曲がりが、LMAパッド５４ａ及び５４ｂのアラインメント（alignment）を生成する。可撓性要素１２０及び１２２に対しても同じことが言える。シャフト４２の回転速度は、LMAパッド５４ａ及び５４ｂと孔との間のインターフェースにおいて生成される結果としての摩擦力の大きさが、LMAを摩耗させ孔に付着させるのに十分高くなっている必要がある。この付着は、孔コーティングの所望の厚さが実現されるまで継続される。
【0056】
図２０は、第５の実施例による、孔コーティングアプリケータ４０ｅの部分の図を表す図である。孔コーティングアプリケータ４０ｅは、遠位端を有するシャフト４２、及びシャフト４２の遠位端と固定的に連結されるか又はシャフト４２の遠位端と一体的に形成されたモノリシックなアプリケータ本体８４を含む。（後者の場合、シャフト４２及びアプリケータ本体８４は、集合的にモノリシックな構造体を形成する。）シャフト４２とアプリケータ本体８４は、低融点合金（LMA）ではない金属合金から作られている。
【0057】
第５の実施例によれば、アプリケータ本体８４は、非可撓性部分１８０、径方向可撓性要素１８２、及び径方向可撓性要素１８４を含む。非可撓性部分１８０は、シャフト４２の遠位端と固定的に連結されている。径方向可撓性要素１８２は、軸方向可撓性ヒンジ１８６の撓みによって非可撓性部分１８０に対して曲がるように構成されている。径方向可撓性要素１８４は、軸方向可撓性ヒンジ１８８の撓みによって非可撓性部分１８０に対して曲がるように構成されている。径方向可撓性要素１８２は、シャフト４２から間隙１９０だけ分離されており、非可撓性部分１８０から間隙１９２だけ分離されている。径方向可撓性要素１８４は、シャフト４２から（図２０では、視認可能でない）間隙だけ分離されており、非可撓性部分１８０から間隙１９４だけ分離されている。
【0058】
孔コーティングアプリケータ４０ｅは、径方向可撓性要素１８２の外縁面に取り付けられた第１のLMAパッド５４ａ、及び径方向可撓性要素１８４の外縁面に取り付けられた第２のLMAパッド５４ｂを更に含む。アプリケータ本体８４が孔の内側にある間で、孔コーティングアプリケータ４０ｅの回転中に、径方向可撓性要素１８２及び１８４は、求心力のために径方向外向きに曲がり孔と接触することとなる。径方向可撓性要素１８２及び１８４の使用は、より少ない回転でCFRP面に対するLMAの供給を改善し得る。更に、アプリケータの（図２０の湾曲した矢印で示されている）単方向の回転は、アプリケータとCFRP面との間の非常に安定した反応を可能にする。軸方向可撓性ヒンジ１８６及び１８８の厚さを調整することによって、及び、材料の選択によって、所望の径方向力を実現することができる。更に、移動は孔に平行である。最後に、ヒンジの方向付け及び回転方向が、CERPとLMAパッド５４ａ及び５４ｂとの間の滑らかな係合を提供する。
【0059】
任意選択的に、上述のアプリケータのうちの１つを使用して固体のLMAから作られた第１のコーティングが付けられた後で、溶融したLMAを使用してLMAの第２のコーティングが第１のコーティングの上に付けられてよい。この２段階のアプリケーション手順の利点は、第２のコーティングの表面が、第１のコーティングの表面よりも滑らかになるということである。
【0060】
適切なLMAは、以下のうちの２以上のエレメントの合金を含む。すなわち、ビスマス、インジウム、すず、鉛、及びアンチモンである。好適なLMAは、（好適には５０％を超える）ビスマス、インジウム、及びすずの混合物から成る三元合金である。その軟らかさのために、LMAは、固体潤滑剤のように働き、締り嵌めのためにより低い挿入力でより容易にファスナを挿入できる。
【0061】
特に複合材の接合設置において十分な量のLMAを付けることを確実にするために、抵抗測定回路３６を含むリアルタイム・モニタリングシステムが採用されて、接触抵抗が許容可能範囲内にあることを検証することができる。本明細書でこれ以降に幾らか詳細に開示されるモニタリングシステムは、直列にある、LMA抵抗の実効抵抗とCFRP層内の炭素繊維のランダムな並列抵抗とを測定するために、容量結合を利用する。厚みを通るLMAの抵抗は、CFRP層の抵抗よりも小さい桁である。したがって、LMAの抵抗は無視することができる。例えば、LMAの厚さのばらつきは、LMAの抵抗を数マイクロオームだけ変動させるが、一方で、インターフェースの抵抗は約数ミリオームである。正味の抵抗のばらつきは、完全に、孔のインターフェースにおける炭素繊維の連続性の関数であり、今度は、その連続性が、LMAコーティングの品質及び量にのみ依存する。本明細書で説明される容量結合のセグメントは、モニタリングシステムが、１つの接触点のみで抵抗を測定することを可能にし得る。LMAアプリケーション工程（アプリケータの挿入及び回転）を制御し、モニタリングシステムによる応答に基づいて、満足できる抵抗レベルが実現されたことを確認するために、フィードバックループが使用される。接合孔上にコーティングを形成するためにLMAを付着させ、同時に、直列にあるLMAと炭素繊維の実効抵抗測定し、その後、指定された実効抵抗が実現されたときに付着させることを止めることによって、最終構造アセンブリにおいて孔／ファスナ・インターフェースの少なくとも最小の許容可能な導電性が実現され得る。
【0062】
図１１は、複合材層３０内に形成された接合孔２０内に付けられたコーティング１２の厚さを示す抵抗を測定するように設計された、抵抗測定回路３６を表す回路図である。（孔２０の他方の側にある複合材料は、図１１において示されていない。）図１１で描かれているシナリオでは、抵抗測定回路３６が、直列にある、LMAから作られたコーティング１２の実効抵抗とCFRPから作られた複合材層３０内の炭素繊維のランダムな並列抵抗とを測定している。この測定は、孔２０を囲む複合材層３０の表面の環状部分と接触した環形状を有する容量検知パッド３８を置くことによって実現される。図１１では示されていないが、容量検知パッド３８は、誘電体コーティング３９（図１６参照）の一方の側に取り付けられた導電性検知要素（例えば、銅板、銅フィルム、又は銅コーティング）を有する誘電体コーティング３９を含む。誘電体コーティング３９は、短絡を防止するために検知要素と複合材層３０との間の空間を維持することができる。結果として、検知パッド３８、及び複合材層３０の対峙部分は、静電容量Ｃ１を有するコンデンサを形成する。
【0063】
抵抗測定回路３６は、修正された抵抗・静電容量（RC）ホイートストンブリッジ１３０を形成する一対の端子ＡとＢを含む。（ホイートストンブリッジは、ブリッジ回路の２つの区間をバランスさせることによって未知の電気抵抗を測定するために使用される電気回路である。２つの区間のうちの一方の区間が、未知の構成要素を含んでいる。）検知パッド３８は、端子Ｂと電気接続されている。端子Ａは、静電容量Ｃ２を有するコンデンサ１６０の一方の側に接続されている。コンデンサ１６０の他方の側は、抵抗Ｒ２と直列に接続されている。今度は、抵抗Ｒ２が、接点１７０によってアプリケータ４０と直列に電気接続されている。直列にあるコーティング１２と複合材料層３０の実効抵抗が、図１１で可変抵抗Ｒ９（以下、「実効抵抗Ｒ９」）によって表されている。実効抵抗Ｒ９は、コーティング１２に対する炭素繊維の連続性の程度に応じて変動する。アプリケータ４０も、接点１７０によって高周波数交流電源１３６と直列に電気接続されている。電源１３６は、コーティングの付着中に、高周波交流電流を供給する。その高周波交流電流は、回転するアプリケータ４０を通って、コーティング１２を通って、複合材料３０の中へ流れ、検知パッド３８内の変位電流を生成する。コーティング１２の厚さが増加するので、実効抵抗Ｒ９は、抵抗Ｒ９が抵抗Ｒ２と等しくなるまで減少する。図１４で示されているように、修正されたRCホイートストンブリッジ１３０のＡＢ端子間の電圧差は、実効抵抗Ｒ９が減少する際に減少する。
【0064】
未だ図１１を参照して、修正されたRCホイートストンブリッジ１３０のＡＢ端子間の電圧差は、オペアンプ１３８へ入力される。オペアンプ１３８の出力端子７は、直列にある、整流器１６４（単一のダイオードとして表されているが、整流器１６４は、複数のダイオードを含み得る）と抵抗Ｒ７とによって、オペアンプ１４０の負の入力端子９に接続されている。オペアンプ１３９は、（可変可能な）実効抵抗Ｒ９を（調整可能な）抵抗Ｒ２と比較するコンパレータとして動作する。より具体的には、抵抗Ｒ２が、満足できるインターフェースと考えられ得るものの多くの個別の測定を経てヒューリスティックに（heuristically）評価され得る。抵抗Ｒ２は、用途又は設置構成に依存し、特に、異なる材料系に対して非常に異なる値であり得る。抵抗Ｒ２は、マルチメーターの範囲選択に非常に類似して、一連の予め規定された抵抗Ｒ２によって容易に調整され得る。
【0065】
図１１に戻って参照すると、オペアンプ１４０の正の入力端子は、高周波数交流電源１３６と地面との間に位置付けられた接点１６６によって接地されている。更に、接点１６６は、抵抗Ｒ６を経由して（接点１７０と高周波数交流電源１３６との間に位置している）接点１６８と電気接続され、抵抗Ｒ４を経由して端子Ａに電気接続され、抵抗Ｒ３を経由して端子Ｂに電気接続されている。
【0066】
オペアンプ１３８は、第１及び第２の入力端子３及び５を有する。第１の入力端子３は、交流電源１３６から交流電流を受け取る。その受け取りは、交流電流が、孔２０を有する複合材層３０、孔２０の内側に配置され且つ交流電源１３６に電気接続された導電性本体（例えば、図１１のアプリケータ４０又は図１２のファスナ２）、導電性本体と孔２０との間に配置された導電性材料から作られたコーティング１２、及び複合材層３０に容量結合され且つオペアンプ１３８の第１の端子３に電気接続された検知パッド３８を通って流れた後である。第２の入力端子５は、交流電源１３６から交流電流を受け取る。その受け取りは、交流電流が、固定抵抗Ｒ２及びコンデンサ１６０を通って流れた後である。コンデンサ１６０は、固定抵抗Ｒ２に電気接続された一方の側と、オペアンプ１３８の第２の端子５に電気接続された他方の側とを有する。
【0067】
オペアンプ１４０の出力端子は、並列にある、静電容量Ｃ３を有するコンデンサ１６２と抵抗Ｒ８とを経由して、オペアンプ１４０の負の入力端子９に電気接続されている。抵抗Ｒ７、オペアンプ１４０、コンデンサ１６２、及び抵抗Ｒ８は、積分器１３４を形成する。オペアンプ１４０の出力端子は、第１の出力端子１４２にも電気接続されている。第２の出力端子１４４は、接点１６６によって接地されている。したがって、第１の出力端子１４２と第２の出力端子１４４との間の出力電圧Ｖｏｕｔは、オペアンプ１４０の出力電圧である。オペアンプ１４０は、時間に関して積分の数学的演算を実行する。すなわち、図１４で見られるように、出力電圧は、時間にわたり積分される入力電圧に比例する。図１４は、孔２０内に付着したコーティング１２の厚さが増加する際の、出力電圧Ｖｏｕｔ対時間のグラフを示している。
【0068】
図１３は、可変実効抵抗Ｒ９が固定抵抗Ｒ２と等しいか否かに応じて如何に図１１で描かれた回路の出力電圧Ｖｏｕｔが変動するかを示す、Ｖｏｕｔ対時間のグラフである。図１３のグラフ及び図１４の上側のグラフで見られるように、出力電圧Ｖｏｕｔは、実効抵抗Ｒ９がＲ９≠Ｒ２からＲ９＝Ｒ２へ変化したときに、突然増加する。
【0069】
実効抵抗Ｒ９は、全ての実用的な目的に対して、孔のインターフェースにおける繊維の連続性のみに依存する。これは、LMAだけの抵抗が炭素繊維の抵抗と比較して無視でき、電流がLMAの薄い層を通って垂直に流れるので、その抵抗が実際にはゼロになることを意味する。言い換えると、LMAを有するインターフェースの抵抗は、繊維の連続性のみに依存し、LMAのアプリケーションステップからは独立している。
【0070】
図１１で描かれている抵抗測定回路３６の１つの利点は、抵抗が１つの接点のみを用いて測定されることを可能にする、検知パッド３８の複合材層３０との容量結合である。抵抗測定は、導電性アプリケータ４０によって付けられているコーティング１２の厚さが、所望の厚さに到達した時を決定するために使用され得る。前述したように、抵抗Ｒ２は、所望の厚さを有するコーティングの抵抗に一致するように選択される。したがって、Ｒ９＝Ｒ２となったときに、コーティング付着プロセスが終了され得る。
【0071】
図１５は、孔のインターフェース１における実効抵抗を測定することによって、CFRPを含む複合材層３０内の孔２０を画定する表面上に付着した導電性材料から作られたコーティング１２の厚さをモニタリングするためのシステム１２５の構成要素を特定するブロック図である。システム１２５は、制御コンピュータ１２８の命令の下にある装置１２６を含む。装置１２６は、支持構造体１４６、軸受け１４８、スピンドル１５０、モータ１５２、チャック１５４、孔コーティングアプリケータ４０、及び（図１５では示されていない）低融点合金パッドを含む。軸受け１４８は、支持構造体１４６によって支持されている。スピンドル１５０は、軸受け１４８によって回転可能に支持されている。モータ１５２は、スピンドル１５０の回転を駆動するためにスピンドル１５０に機械的に連結されている。チャック１５４は、スピンドル１５０の遠位端に連結されている。孔コーティングアプリケータ４０は、低融点合金ではない材料から作られ且つチャック１５４によってクランプされた、（図１５では示されていない）シャフトを含む。低融点合金パッドは、シャフトによって支持され、シャフトに対して径方向に移動可能である。支持構造体１４６は、（図面では示されていない）関節ロボットアームの形態を採り得る。
【0072】
スピンドル１５０の回転中に、アプリケータ４０は、複合材層３０内に形成された孔２０を画定する表面上にコーティング１２を付ける。検知パッド３８が、複合材層３０と容量結合されている。（図１１で詳細に示されている）抵抗測定回路３６は、（導電性金属合金から作られている）アプリケータ４０と、（導電性材料又は金属合金から作られている）検知パッド３８と、に接続され得る。抵抗測定回路３６からの出力電圧Ｖｏｕｔは、制御コンピュータ１２８によって受け取られる。制御コンピュータ１２８は、出力電圧レベルに応じてモータコントローラ１５８に命令する。一方で、出力電圧Ｖｏｕｔが、実効抵抗Ｒ９が抵抗Ｒ２と等しくないことを示すレベルを有するならば、制御コンピュータ１２８は、モータ１５２をオフするようにモータコントローラ１５８に指示命令するコマンドをモータコントローラ１５８に送信しない。他方で、出力電圧Ｖｏｕｔが、実効抵抗Ｒ９が抵抗Ｒ２と等しいことを示すレベルを有するならば、制御コンピュータ１２８は、モータ１５２をオフするようにモータコントローラ１５８に指示命令するコマンドをモータコントローラ１５８に送信する。
【0073】
図１７は、繊維強化プラスチック材料のプライの積層板の表面上にコーティング１２を付けるための方法２００のステップを特定するフローチャートである。積層板の（孔２０を画定し得るか又はエッジ２１を形成し得る）表面は、強化繊維の露出端を含む。方法２００は、強化繊維の露出端を有する積層板の表面に対して擦り付けることによって固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択することを含む（ステップ２０２）。方法２００は、導電性材料を摩耗させ積層板の表面上に付着させるために、積層板の表面に対して導電性材料を擦り付けることを更に含む（ステップ２０４）。
【0074】
図１８は、図１５で描かれたシステム１２５を使用して、複合材層３０の孔２０を画定する面上にコーティング１２を付けるための方法２１０のステップを特定するフローチャートである。抵抗測定回路３６の検知パッド３８が、複合材層３０と容量結合される（ステップ２１２）。抵抗測定回路３６の接触端子が、孔コーティングアプリケータ４０と電気接続される（ステップ２１４）。孔コーティングアプリケータ４０が、孔２０内に挿入される（ステップ２１６）。孔コーティングアプリケータ４０は、摩耗可能な導電性材料が孔２０と接触している間に孔２０内で回転され、導電性材料の粒子を摩耗させ孔２０を画定する表面上に付着させる（ステップ２１８）。交流電流が、接触端子によって抵抗測定回路３６から孔コーティングアプリケータ４０に供給される（ステップ２２０）。交流電流が供給されている間に、抵抗測定回路３６は、検知パッド３８からの信号の振幅が、所望の量の導電性材料が、孔２０を画定する表面上に付着したことを示す値に到達したときに、特性電圧信号を制御コンピュータ１６０に出力する（ステップ２２２）。特性電圧信号の受信に応答して、制御コンピュータ１６０は、モータコントローラ１５８がモータ１５２をオフにするように指示命令する制御信号をモータコントローラ１５８に送信し（ステップ２２４）、それは、孔コーティングアプリケータ４０が回転を止めることをもたらす。その後、孔コーティングアプリケータ４０は、コーティングされた孔２２内から除去される（ステップ２２６）。
【0075】
図１９は、導電性コーティングと、導電性繊維を有する繊維強化プラスチックから作られた複合材層のクロスプライ面と、のインターフェースにおける接触抵抗を測定するための方法２３０のステップを特定するフローチャートである。孔コーティングアプリケータ４０が、孔２０内に挿入される（ステップ２３２）。その後、孔コーティングアプリケータ４０は、摩耗可能な導電性材料が孔２０と接触している間に孔２０内で回転され、導電性材料の粒子を摩耗させ孔２０を画定する表面上に付着させる（ステップ２３４）。時間におけるあるポイントで、孔コーティングアプリケータ４０の回転が止まる（ステップ２３６）。孔コーティングアプリケータ４０が回転していない間に、交流電流が抵抗測定回路３６から孔コーティングアプリケータ４０に供給される（ステップ２３８）。交流電流が供給されている間に、検知パッド３８からの信号の振幅が、所望の量の導電性材料が、孔２０を画定する表面上に付着したことを示す値に到達したならば、特性電圧信号が抵抗測定回路３６から出力される（ステップ２４０）。抵抗測定回路３６が、特性電圧信号ではない電圧信号を出力するならば、孔コーティングアプリケータ４０回転が再開される（ステップ２４２）。
【0076】
上述の抵抗測定技術は、コーティングされた孔２２の中へファスナ２を挿入する間にコーティング１２の厚さを確認するためにも使用され得る。図１２は、コーティングされた孔２２の周りに置かれた（部分的にのみ示されている）検知パッド３８を示している図である。検知パッド３８は、アニュラリングの形状を有し、好適には、孔２０と同心に置かれる。図１２は、実効抵抗Ｒ９の測定中にファスナ送入器１５６によって保持されているファスナ２を示している。同じ抵抗測定回路３６が使用され得る。このシナリオでは、抵抗測定回路３６の端子Ａが、（導電性金属合金から作られている）ファスナ２に接続されており、一方で、端子Ｂは検知パッド３８に接続されている。抵抗測定回路３６が、実効抵抗Ｒ９が（所望のコーティング厚さを表す）選択された抵抗Ｒ２に少なくとも等しいことを示している電圧を出力するならば、コーティング厚さは、許容可能であると考えられ、ファスナの設置は、嵌め合い部品（図示せず）をファスナ２のねじ端部に連結し、その後にファスナ挿入器１５６を係合解除し且つ後退させることによって完了し得る。
【0077】
前述したように、図１１で描かれている抵抗測定回路３６は、複合材層３０のエッジ２１上に付けられたコーティングの厚さを測定するためにも使用され得る。図１６は、近端（エッジに近い）ファスナ２を基準とした実効抵抗を測定することによって、CFRPを含む複合材層３０のエッジ２１上に付着した導電性コーティング１２の厚さをモニタリングするためのシステムの構成要素を特定する図である。複合材層３０は、プライのスタックを含み、各プライ内の炭素繊維は互いに対して相互に平行であるが、異なるプライは異なる繊維配向を有している。図１６で描かれている実施例では、あるプライは９０度の角度に方向付けられた繊維を有し、あるプライは＋４５度の角度に方向付けられた繊維を有し、あるプライは－４５度の角度に方向付けられた繊維を有する。したがって、ファスナ２において生成された電気スパーク（electric spark）は、ファスナ２からエッジ２１に向けて３つの方向のうちの何れかに方向付けられた繊維に沿って移動し得る。したがって、図１６で見られる検知パッド３８の位置及び検知パッドの破線の外形によって示されている２つの他の位置によって示されている、３つの好適な位置のそれぞれにおいてコーティング１２の厚さを知ることは興味深いことである。
【0078】
検知パッド３８は、特定の表面積（例えば、１ｃｍ２）を有する。目標とする抵抗値がとるべき値を知ることによって、LMAでコーティングされた平坦な面の任意の所与の面積に対するパッドの抵抗を測定することができる。これが意味するのは、検知パッド３８の下の任意の所与の領域において、コーティング１２とCFRPのエッジ２１との間の接触が如何に完全であるかである。検知パッド３８上に加えられる力は、測定の全体を通して（一貫性のために）同じであるべきである。何故ならば、インターフェースの接触抵抗と静電容量は、圧縮にも同様に依存するからである。
【0079】
本明細書で使用される際に「検知パッド」という用語は、図１１のCFRP表面を覆う又は図１６のコーティング１２上に重なる容量性素子を指す。検知パッド３８は、任意の偶発的な短絡を防止するために、誘電体コーティング３９を有する。孔の抵抗測定に対して、最も単純な形状は、（本明細書で「アニュラリング」と称される）中央に孔を有する平坦な円形プレートである。この孔は、そこを通ってアプリケータがCFRPに挿入されることを可能にする。エッジの測定に対して、孔は必要ではなく、プレートのサイズはプライの厚さに基づいて変動し得る。有効表面積（effective surface area）及び合成誘電率（combined dielectric constant）は、実効静電容量を決定する重要な変数である。二次元輪郭の形状は、静電容量を変更しないが、その形状は、試験中のエリアの幾何学的形状と一致するように選択されなければならない。エッジの測定に対する最も単純な形状は、提案されている抵抗測定回路の範囲内で実効静電容量を生成するために、プライの厚さと等しい幅及び適切な長さを有する矩形状プレートであってよい。
【0080】
上述されたように、導電性コーティングと、導電性繊維を有する繊維強化プラスチックから作られた複合材層のクロスプライ面と、のインターフェースにおける接触抵抗を測定するために、抵抗測定回路３６が使用され得る。クロスプライ面は、複合材層内の孔を画定し得るか又は複合材層のエッジを形成し得る。一実施例によれば、図１１で示されているように、検知パッドが、複合材層の表面上に置かれる。別の一実施例によれば、図１６で示されているように、検知パッドが、複合材層のコーティングされたエッジ上に置かれる。これらの実施例は、図２１で特定される共通のステップを共有する。
【0081】
より具体的には、図２１が、導電性コーティングと、導電性繊維を有する繊維強化プラスチックから作られた複合材層のクロスプライ面と、のインターフェースにおける接触抵抗を測定するための方法２５０のステップを特定するフローチャートである。方法２５０は、以下のステップを含む。先ず、検知パッドの誘電体コーティングが、複合材層と接触するように又は複合材層のクロスプライ面上の導電性コーティングと接触するように置かれる（ステップ２５２）。次に、コンパレータの第１の入力端子が、検知パッドに電気接続される（ステップ２５４）。そして、コンパレータの第２の入力端子が、コンデンサの一方の側に電気接続される（ステップ２５６）。コンデンサの他方の側は、固定抵抗に電気接続される（ステップ２５８）。固定抵抗は、複合材層内の孔内に挿入された導電性本体（例えば、ファスナ）に電気接続される（ステップ２６０）。測定を実行するために、交流電流が、導電性本体及び固定抵抗に供給される（ステップ２６２）。交流電流が供給されている間に、コンパレータの第１の入力端子において受信された検知パッドからの第１の入力信号の振幅が、コンパレータの第２の入力端子において受信されたコンデンサからの第２の入力信号の振幅に少なくとも等しいならば、特性電圧信号がコンパレータによって出力される（ステップ２６４）。前述の段落で説明された方法の一実施例によれば、複合材層のクロスプライ面は孔を画定し、導電性本体は、孔に挿入されるファスナ又は孔コーティングアプリケータである。前述の段落で説明された方法の別の一実施例によれば、導電性コーティングは、ファスナの近くの複合材層のエッジ上に配置される。該方法は、特性電圧信号が出力される時まで導電性コーティングを形成するために孔の上に導電性材料を付着させること、及び、特性電圧信号が出力された後で孔の上に導電性材料を付着させることを止めることを更に含む。
【0082】
最後に、本明細書で開示される抵抗モニタリング技術は、クロスプライ面に沿ってCFRPと相互作用する導電性コーティングの厚さを決定するための用途に限定されるものではない。（例えば、方程式によって）特定の物理パラメータがその電気抵抗に関連し得る事例では、本開示の抵抗測定方法が、間接的に、そのパラメータを正確に測定するために使用され得る。例えば、インターフェースの抵抗が湿度又は温度に非常に敏感であるならば、本明細書で開示される方法は、間接的に、関心対象のパラメータに依存する電気抵抗の変化を通じて関心対象のパラメータを正確に測定するために使用され得る。
【0083】
固体の導電性材料の摩耗によって複合材層内の接合孔をコーティングするための方法が、様々な実施例を参照して説明されてきたが、当業者には、以下に記載される特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であること及び同等物をそれらの要素に置換し得ることが理解されよう。加えて、特許請求の範囲から逸脱することなく、本明細書の教示を特定の状況に適合させるために多数の修正を行うことが可能である。
【0084】
請求項の文言が、請求項に列挙されているステップのうちの幾つか或いは全てが実施される特定の順序を示す条件を明確に特定又は宣言していない限り、これらのステップが、アルファベット順（本明細書中の任意のアルファベット順はあらかじめ列挙されているステップを参照する目的でのみ使用されている）又はこれらのステップが列挙されている順で実施されることを、本明細書に添付された方法の請求項が要求していると解釈すべきではない。また、請求項の文言が、そのような解釈を除外する条件を明確に宣言していない限り、方法の請求項は、２つ以上のステップの任意の部分が同時に又は交互に実施されることを除外すると解釈すべきでない。
【0085】
更に、本開示は以下の条項による実施例を含む。
条項１
繊維強化プラスチック材料のプライの積層板の表面上にコーティングを付けるための方法であって、前記積層板の前記表面が強化繊維の露出端を含み、前記方法が、
強化繊維の露出端を有する前記積層板の前記表面に対して擦り付けることによって固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択すること、及び
導電性材料の粒子を摩耗させて前記積層板の前記表面上に付着させるために、前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることを含む、方法。
条項２
前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることが、前記導電性材料を、複数のプライを通って延在する孔を画定する前記積層板の表面に対して擦り付けることを含む、条項１に記載の方法。
条項３
前記擦り付けることが、導電性材料の粒子を摩耗させて前記孔の周り全体において前記孔に付着させるように、前記導電性材料が、前記孔を画定する前記表面と摩擦接触している間に、前記孔を画定する前記表面によって境界付けられた空間の内側にある前記導電性材料を回転させることを含む、条項２に記載の方法。
条項４
前記導電性材料を、前記導電性材料が回転しているときに径方向外向きに撓むように構成された可撓性要素に取り付けることを更に含む、条項３に記載の方法。
条項５
前記導電性材料が、回転中にバネ力によって径方向外向きに付勢される、条項３に記載の方法。
条項６
前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることが、前記導電性材料を、複数のプライを通って切断されたエッジを画定する前記積層板の表面に対して擦り付けることを含む、条項１に記載の方法。
条項７
前記固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択することが、低融点合金を選択することを含む、条項１に記載の方法。
条項８
支持構造体、
前記支持構造体によって支持された軸受け、
前記軸受けによって回転可能に支持されたスピンドル、
前記スピンドルの回転を駆動するため前記スピンドルに機械的に連結されたモータ、
前記スピンドルに連結されたチャック、及び
シャフトと低融点合金パッドを備えた孔コーティングアプリケータであって、前記シャフトが、低融点合金ではない材料を含み且つ前記チャックによってクランプされ、前記低融点合金パッドが、前記シャフトによって支持され且つ前記シャフトに対して径方向に移動可能である、孔コーティングアプリケータを備える、装置。
条項９
前記孔コーティングアプリケータが、可撓性ヒンジの撓みによって前記シャフトに対して曲がるように構成された可撓性要素を更に備え、前記低融点合金パッドが、前記可撓性要素に取り付けられている、条項８に記載の装置。
条項１０
前記孔コーティングアプリケータが、
カム面、
前記低融点合金パッドを支持し且つ前記カム面と接触した傾斜面を有するカムブロック、及び
前記カムブロック上に軸方向のバネ力をかけるバネを更に備え、
前記カム面が、前記軸方向のバネ力が前記カムブロック上にかけられたときに、前記カムブロックを撓ませて径方向外向きに移動させるように構成されている、条項８に記載の装置。
条項１１
低融点合金ではない金属合金から作られ且つ遠位端を有するシャフト、
低融点合金ではない金属合金から作られたアプリケータ本体であって、前記シャフトの前記遠位端から距離を置いて位置付けられた前記シャフトの一部分に固定的に連結された非可撓性部分と、第１の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第１の可撓性要素と、を備えたアプリケータ本体、及び
摩耗可能な材料から作られ且つ前記第１の可撓性要素に取り付けられた第１のパッドを備える、孔コーティングアプリケータ。
条項１２
前記アプリケータ本体が、第２の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素を更に備え、前記孔コーティングアプリケータが、摩耗可能な材料から作られ且つ前記第２の可撓性要素に取り付けられた第２のパッドを更に備える、条項１１に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１３
前記第１の可撓性ヒンジが、前記第１の可撓性要素を前記非可撓性部分に直接的に連結し、前記第２の可撓性ヒンジが、前記第２の可撓性要素を前記非可撓性部分に直接的に連結する、条項１２に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１４
前記第１の可撓性要素の遠位端が、第１の直円錐台面の円周部分を有し、前記第２の可撓性要素の遠位端が、第２の直円錐台面の円周部分を有し、前記孔コーティングアプリケータが更に、
前記第１の可撓性要素及び前記第２の可撓性要素の遠位端の近傍で前記シャフトに摺動可能に連結されたスライダーであって、前記スライダーが接する位置にあるときに、前記第１の可撓性要素及び前記第２の可撓性要素の前記第１の直円錐台面及び前記第２の直円錐台面の前記円周部分に接する第３の直円錐台面を有する、スライダー、及び
前記スライダー上にバネ力を加えることによって、前記第３の直円錐台面が、前記第１の可撓性要素及び前記第２の可撓性要素の前記端を前記シャフトから離れるように撓ませる、バネを備える、条項１２に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１５
前記アプリケータ本体が、第２の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素を更に備え、前記第１の可撓性要素が、前記第１の可撓性ヒンジの撓みによって前記第２の可撓性要素に対して曲がり、前記第１の可撓性ヒンジ及び前記第２の可撓性ヒンジの撓みによって前記シャフトに対して曲がるように構成されている、条項１１に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１６
前記第１の可撓性要素が、第３の可撓性ヒンジ及び第４の可撓性ヒンジの撓みによって、前記第２の可撓性要素に対して及び前記非可撓性部分に対して曲がるように構成されている、条項１５に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１７
前記第３の可撓性ヒンジ及び前記第４の可撓性ヒンジの撓みによって、並びに、第５の可撓性ヒンジの撓みによって、前記第２の可撓性要素に対して曲がり、前記第２の可撓性ヒンジ、前記第３の可撓性ヒンジ、前記第４の可撓性ヒンジ、及び前記第５の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第３の可撓性要素であって、前記シャフトが作られている前記金属合金から作られている第３の可撓性要素を更に備え、前記第１の可撓性要素が、前記第１の可撓性ヒンジの撓みによって前記第３の可撓性要素に対して曲がるように構成されており、前記第３の可撓性要素が、前記第５の可撓性ヒンジの撓みによって前記第１の可撓性要素に対して曲がるように構成されている、条項１６に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１８
低融点合金ではない材料から作られたシャフト、
前記シャフトに連結されたアプリケータ本体であって、低融点合金ではない材料から作られ且つ第１のカム面を備えたアプリケータ本体、
低融点合金ではない材料から作られ且つ前記第１のカム面に対峙する傾斜面を有する、第１のカムブロック、
前記第１のカムブロックに取り付けられた第１の低融点合金パッドであって、露出された外縁面を有する第１の低融点合金パッド、及び
前記第１のカムブロック上に軸方向のバネ力をかけるように構成されたバネを備え、前記第１のカム面が、前記第１のカムブロックが前記軸方向のバネ力によって移動されたときに、前記第１のカムブロックを撓ませて径方向外向き成分を有する方向に移動させるように構成されている、孔コーティングアプリケータ。
条項１９
前記アプリケータ本体が、第２のカム面を更に備え、前記孔コーティングアプリケータが更に、
前記第２のカム面と対峙する傾斜面を有する第２のカムブロック、及び
前記第２のカムブロックに取り付けられた第２の低融点合金パッドであって、露出された外縁面を有する第２の低融点合金パッドを備え、
前記バネが、前記第２のカムブロック上に軸方向のバネ力をかけて、前記第２のカムブロックが前記軸方向のバネ力によって移動されたときに、前記第２のカム面に、前記第２のカムブロックを撓ませて径方向外向き成分を有する方向に移動させるように構成されている、条項１８に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項２０
凹面を有する表面を有する孔又はエッジを有する複合材層、及び
前記孔又は前記エッジの前記表面に付着され且つ前記凹面を充填するコーティングを備え、
前記複合材層が、導電性材料から作られた繊維を備え、前記コーティングが、低温状態で付着した低融点合金の摩耗した粒子の集合体を含む、構造アセンブリ。
条項２１
前記コーティングが、前記粒子の集合体上に重なる低融点合金の連続的な薄膜を更に備える、条項２０に記載の構造アセンブリ。
条項１
繊維強化プラスチック材料のプライの積層板の表面上にコーティングを付けるための方法であって、前記積層板の前記表面が強化繊維の露出端を含み、前記方法が、
強化繊維の露出端を有する前記積層板の前記表面に対して擦り付けることによって固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択すること、及び
導電性材料の粒子を摩耗させて前記積層板の前記表面上に付着させるために、前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることを含む、方法。
条項２
前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることが、前記導電性材料を、複数のプライを通って延在する孔を画定する前記積層板の表面に対して擦り付けることを含む、条項１に記載の方法。
条項３
前記擦り付けることが、導電性材料の粒子を摩耗させて前記孔の周り全体において前記孔に付着させるように、前記導電性材料が、前記孔を画定する前記表面と摩擦接触している間に、前記孔を画定する前記表面によって境界付けられた空間の内側にある前記導電性材料を回転させることを含む、条項２に記載の方法。
条項４
前記導電性材料を、前記導電性材料が回転しているときに径方向外向きに撓むように構成された可撓性要素に取り付けることを更に含む、条項３に記載の方法。
条項５
前記導電性材料が、回転中にバネ力によって径方向外向きに付勢される、条項３に記載の方法。
条項６
前記導電性材料を前記積層板の前記表面に対して擦り付けることが、前記導電性材料を、複数のプライを通って切断されたエッジを画定する前記積層板の表面に対して擦り付けることを含む、条項１に記載の方法。
条項７
前記固体の状態で摩耗可能な導電性材料を選択することが、低融点合金を選択することを含む、条項１に記載の方法。
条項８
支持構造体、
前記支持構造体によって支持された軸受け、
前記軸受けによって回転可能に支持されたスピンドル、
前記スピンドルの回転を駆動するため前記スピンドルに機械的に連結されたモータ、
前記スピンドルに連結されたチャック、及び
シャフトと低融点合金パッドを備えた孔コーティングアプリケータであって、前記シャフトが、低融点合金ではない材料を含み且つ前記チャックによってクランプされ、前記低融点合金パッドが、前記シャフトによって支持され且つ前記シャフトに対して径方向に移動可能である、孔コーティングアプリケータを備える、装置。
条項９
前記孔コーティングアプリケータが、可撓性ヒンジの撓みによって前記シャフトに対して曲がるように構成された可撓性要素を更に備え、前記低融点合金パッドが、前記可撓性要素に取り付けられている、条項８に記載の装置。
条項１０
前記孔コーティングアプリケータが、
カム面、
前記低融点合金パッドを支持し且つ前記カム面と接触した傾斜面を有するカムブロック、及び
前記カムブロック上に軸方向のバネ力をかけるバネを更に備え、
前記カム面が、前記軸方向のバネ力が前記カムブロック上にかけられたときに、前記カムブロックを撓ませて径方向外向きに移動させるように構成されている、条項８に記載の装置。
条項１１
低融点合金ではない金属合金から作られ且つ遠位端を有するシャフト、
低融点合金ではない金属合金から作られたアプリケータ本体であって、前記シャフトの前記遠位端から距離を置いて位置付けられた前記シャフトの一部分に固定的に連結された非可撓性部分と、第１の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第１の可撓性要素と、を備えたアプリケータ本体、及び
摩耗可能な材料から作られ且つ前記第１の可撓性要素に取り付けられた第１のパッドを備える、孔コーティングアプリケータ。
条項１２
前記アプリケータ本体が、第２の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素を更に備え、前記孔コーティングアプリケータが、摩耗可能な材料から作られ且つ前記第２の可撓性要素に取り付けられた第２のパッドを更に備える、条項１１に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１３
前記第１の可撓性ヒンジが、前記第１の可撓性要素を前記非可撓性部分に直接的に連結し、前記第２の可撓性ヒンジが、前記第２の可撓性要素を前記非可撓性部分に直接的に連結する、条項１２に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１４
前記第１の可撓性要素の遠位端が、第１の直円錐台面の円周部分を有し、前記第２の可撓性要素の遠位端が、第２の直円錐台面の円周部分を有し、前記孔コーティングアプリケータが更に、
前記第１の可撓性要素及び前記第２の可撓性要素の遠位端の近傍で前記シャフトに摺動可能に連結されたスライダーであって、前記スライダーが接する位置にあるときに、前記第１の可撓性要素及び前記第２の可撓性要素の前記第１の直円錐台面及び前記第２の直円錐台面の前記円周部分に接する第３の直円錐台面を有する、スライダー、及び
前記スライダー上にバネ力を加えることによって、前記第３の直円錐台面が、前記第１の可撓性要素及び前記第２の可撓性要素の前記端を前記シャフトから離れるように撓ませる、バネを備える、条項１２に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１５
前記アプリケータ本体が、第２の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第２の可撓性要素を更に備え、前記第１の可撓性要素が、前記第１の可撓性ヒンジの撓みによって前記第２の可撓性要素に対して曲がり、前記第１の可撓性ヒンジ及び前記第２の可撓性ヒンジの撓みによって前記シャフトに対して曲がるように構成されている、条項１１に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１６
前記第１の可撓性要素が、第３の可撓性ヒンジ及び第４の可撓性ヒンジの撓みによって、前記第２の可撓性要素に対して及び前記非可撓性部分に対して曲がるように構成されている、条項１５に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１７
前記第３の可撓性ヒンジ及び前記第４の可撓性ヒンジの撓みによって、並びに、第５の可撓性ヒンジの撓みによって、前記第２の可撓性要素に対して曲がり、前記第２の可撓性ヒンジ、前記第３の可撓性ヒンジ、前記第４の可撓性ヒンジ、及び前記第５の可撓性ヒンジの撓みによって前記非可撓性部分に対して曲がるように構成された第３の可撓性要素であって、前記シャフトが作られている前記金属合金から作られている第３の可撓性要素を更に備え、前記第１の可撓性要素が、前記第１の可撓性ヒンジの撓みによって前記第３の可撓性要素に対して曲がるように構成されており、前記第３の可撓性要素が、前記第５の可撓性ヒンジの撓みによって前記第１の可撓性要素に対して曲がるように構成されている、条項１６に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項１８
低融点合金ではない材料から作られたシャフト、
前記シャフトに連結されたアプリケータ本体であって、低融点合金ではない材料から作られ且つ第１のカム面を備えたアプリケータ本体、
低融点合金ではない材料から作られ且つ前記第１のカム面に対峙する傾斜面を有する、第１のカムブロック、
前記第１のカムブロックに取り付けられた第１の低融点合金パッドであって、露出された外縁面を有する第１の低融点合金パッド、及び
前記第１のカムブロック上に軸方向のバネ力をかけるように構成されたバネを備え、前記第１のカム面が、前記第１のカムブロックが前記軸方向のバネ力によって移動されたときに、前記第１のカムブロックを撓ませて径方向外向き成分を有する方向に移動させるように構成されている、孔コーティングアプリケータ。
条項１９
前記アプリケータ本体が、第２のカム面を更に備え、前記孔コーティングアプリケータが更に、
前記第２のカム面と対峙する傾斜面を有する第２のカムブロック、及び
前記第２のカムブロックに取り付けられた第２の低融点合金パッドであって、露出された外縁面を有する第２の低融点合金パッドを備え、
前記バネが、前記第２のカムブロック上に軸方向のバネ力をかけて、前記第２のカムブロックが前記軸方向のバネ力によって移動されたときに、前記第２のカム面に、前記第２のカムブロックを撓ませて径方向外向き成分を有する方向に移動させるように構成されている、条項１８に記載の孔コーティングアプリケータ。
条項２０
凹面を有する表面を有する孔又はエッジを有する複合材層、及び
前記孔又は前記エッジの前記表面に付着され且つ前記凹面を充填するコーティングを備え、
前記複合材層が、導電性材料から作られた繊維を備え、前記コーティングが、低温状態で付着した低融点合金の摩耗した粒子の集合体を含む、構造アセンブリ。
条項２１
前記コーティングが、前記粒子の集合体上に重なる低融点合金の連続的な薄膜を更に備える、条項２０に記載の構造アセンブリ。
【0086】
特許請求の範囲で使用される際に、「固定的に連結され」という用語は、一体的に形成され、接合され、固定され、取り付けられる、ことの何れをも含むように広義に解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図4A】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図10A】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】