特許 7587356 熱可塑性装填材料を予熱するためのシステム及び方法

(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】

(24)【登録日】2024-11-12

(45)【発行日】2024-11-20

(54)【発明の名称】熱可塑性装填材料を予熱するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 13/02 20060101AFI20241113BHJP

   B29C 31/00 20060101ALI20241113BHJP

   B29C 70/06 20060101ALI20241113BHJP

【ＦＩ】

B29B13/02

B29C31/00

B29C70/06

【請求項の数】 14

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020083310

(22)【出願日】2020-05-11

(65)【公開番号】P2020203476

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】16/419,320

(32)【優先日】2019-05-22

(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】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100200609

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 智和

(72)【発明者】

【氏名】ランドン ケー．ヘンソン

(72)【発明者】

【氏名】ジョン ハル

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４８－０１８９４８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特公昭４７－０５０２５３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００４－２９９８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－００１６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１０８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１１８４１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第３４２４８２７（ＵＳ，Ａ）

【文献】実開昭５１－１１９３７２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｂ １３／０２

Ｂ２９Ｃ ３１／００

Ｂ６５Ｇ ５３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性装填材料（１０２）を予熱するためのシステム（１００）であって、
入口（１０６）及び出口（１０８）を有する導管（１０４）と、
前記導管を通って前記入口から前記出口に気体（１３４）を移動させるように構成された気体移動ユニット（１１０）と、
前記気体を加熱するために、前記入口と前記出口との間に配置された加熱アセンブリ（１１２）と、
前記導管と流体連通する、熱可塑性母材（１１８）を含む熱可塑性粒状材料（１１６）を収容する保持容器（１１４）と、を含み、
前記保持容器から前記熱可塑性粒状材料が前記気体に導入されて、気体‐粒子混合物（１４０）が形成され、前記気体‐粒子混合物は、前記導管を通って、前記導管の前記出口に移動するものであり、
前記熱可塑性粒状材料（１１６）は、強化繊維（１２２）をさらに含む、システム。

【請求項2】

前記導管（１０４）の前記出口（１０８）から受けた前記熱可塑性粒状材料（１１６）を圧縮成形するための金型（１２０）をさらに含む、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項3】

前記熱可塑性粒状材料（１１６）は、複数のフレーク（１４４）の形態である、請求項１又は２に記載のシステム（１００）。

【請求項4】

熱可塑性装填材料（１０２）を予熱するためのシステム（１００）であって、
入口（１０６）及び出口（１０８）を有する導管（１０４）と、
前記導管を通って前記入口から前記出口に気体（１３４）を移動させるように構成された気体移動ユニット（１１０）と、
前記気体を加熱するために、前記入口と前記出口との間に配置された加熱アセンブリ（１１２）と、
前記導管と流体連通する、熱可塑性母材（１１８）を含む熱可塑性粒状材料（１１６）を収容する保持容器（１１４）と、を含み、
前記保持容器から前記熱可塑性粒状材料が前記気体に導入されて、気体‐粒子混合物（１４０）が形成され、前記気体‐粒子混合物は、前記導管を通って、前記導管の前記出口に移動するものであり、
前記熱可塑性母材（１１８）は、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、及び、ポリエーテルケトンケトン‐ｆｃグレードからなる群から選択される、システム（１００）。

【請求項5】

前記加熱アセンブリ（１１２）は、
前記導管（１０４）を囲む誘導コイル（１２４）と、
前記誘導コイル（１２４）と前記気体（１３４）との間に配置されたサセプタ（１２６）と、を含み、
前記誘導コイルは、前記サセプタに渦電流加熱を発生させ、
前記熱可塑性母材（１１８）は、融点（１３６）を有し、
前記サセプタは、キュリー温度（１３８）を有し、
前記サセプタの前記キュリー温度は、前記熱可塑性母材の前記融点より低い、請求項１～４のいずれか１つに記載のシステム（１００）。

【請求項6】

前記サセプタ（１２６）は、強磁性材料（１４６）を含む、請求項５に記載のシステム（１００）。

【請求項7】

前記サセプタ（１２６）は、
前記導管（１０４）に内蔵されているか、
前記導管の外部に位置しているか、
前記導管の内部に位置しているか、のいずれかであり、前記サセプタが前記導管の内部に位置している場合、前記サセプタは、前記気体（１３４）及び前記気体‐粒子混合物（１４０）のうちの少なくとも１つが通る、少なくとも１つの流路（１２８）を形成する、請求項５又は６に記載のシステム（１００）。

【請求項8】

複数の加熱アセンブリ（１１２）を含み、
第１の加熱アセンブリは、前記気体（１３４）に対する前記熱可塑性粒状材料（１１６）の導入位置の上流側に位置して、前記気体を加熱し、
第２の加熱アセンブリは、前記気体に対する前記熱可塑性粒状材料の前記導入位置の下流側に位置して、前記気体‐粒子混合物（１４０）を加熱する、請求項１～７のいずれか１つに記載のシステム（１００）。

【請求項9】

前記加熱アセンブリ（１１２）を制御するように構成された制御装置（１３０）と、
前記制御装置に連結されるとともに、前記導管（１０４）を通って移動する前記気体（１３４）の温度を測定するように配置された温度センサ（１３２）と、をさらに含む、請求項１～８のいずれか１つに記載のシステム（１００）。

【請求項10】

熱可塑性装填材料（１０２）を予熱するためのシステム（１００）であって、
入口（１０６）及び出口（１０８）を有する導管（１０４）と、
前記導管を通って前記入口から前記出口に気体（１３４）を移動させるように構成された気体移動ユニット（１１０）と、
前記気体を加熱するために、前記入口と前記出口との間に配置された加熱アセンブリ（１１２）と、
前記導管と流体連通する、熱可塑性母材（１１８）を含む熱可塑性粒状材料（１１６）を収容する保持容器（１１４）と、を含み、
前記保持容器から前記熱可塑性粒状材料が前記気体に導入されて、気体‐粒子混合物（１４０）が形成され、前記気体‐粒子混合物は、前記導管を通って、前記導管の前記出口に移動するものであり、
前記加熱アセンブリ（１１２）は、
前記導管（１０４）を囲む誘導コイル（１２４）と、
前記誘導コイル（１２４）と前記気体（１３４）との間に配置されたサセプタ（１２６）と、を含み、
前記誘導コイルは、前記サセプタに渦電流加熱を発生させ、
前記熱可塑性母材（１１８）は、融点（１３６）を有し、
前記サセプタは、キュリー温度（１３８）を有し、
前記サセプタの前記キュリー温度は、前記熱可塑性母材の前記融点より低い、システム（１００）。

【請求項11】

複数の加熱アセンブリ（１１２）を含み、
第１の加熱アセンブリは、前記気体（１３４）に対する前記熱可塑性粒状材料（１１６）の導入位置の上流側に位置して、前記気体を加熱し、
第２の加熱アセンブリは、前記気体に対する前記熱可塑性粒状材料の前記導入位置の下流側に位置して、前記気体‐粒子混合物（１４０）を加熱する、請求項１０に記載のシステム（１００）。

【請求項12】

前記加熱アセンブリ（１１２）を制御するように構成された制御装置（１３０）と、
前記制御装置に連結されるとともに、前記導管（１０４）を通って移動する前記気体（１３４）の温度を測定するように配置された温度センサ（１３２）と、をさらに含む、請求項１０又は１１に記載のシステム（１００）。

【請求項13】

熱可塑性装填材料（１０２）を予熱するための方法（１０００）であって、
導管（１０４）を通る気体（１３４）の流れを生成すること（１００２）と、
前記気体の前記流れに熱可塑性粒状材料（１１６）を導入して、気体‐粒子混合物（１４０）を生成すること（１００４）と、
前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、加熱アセンブリ（１１２）を用いて加熱して、加熱気体‐粒子混合物（１４２）を生成すること（１００６）と、
前記加熱気体‐粒子混合物を金型（１２０）に投入すること（１０１８）と、を含み、
前記熱可塑性粒状材料（１１６）は、強化繊維（１２２）をさらに含む、方法（１０００）。

【請求項14】

前記加熱アセンブリ（１１２）を用いて、前記気体（１３４）及び前記気体‐粒子混合物（１４０）のうちの少なくとも１つを加熱して、前記加熱気体‐粒子混合物（１４２）を生成すること（１００６）は、
前記導管（１０４）を囲む誘導コイル（１２４）を用いて、磁場を誘起すること（１００８）と、
前記導管を通って移動する前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つと前記誘導コイルとの間の磁場内に配置されたサセプタ（１２６）を加熱すること（１０１０）と、を含む、請求項１３に記載の方法（１０００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、複合材料の製造に関し、より具体的には、圧縮成形用の熱可塑性装填材料を予熱することに関する。

【背景技術】

【0002】

複合材料は、高強度且つ軽量であるため、幅広い用途を有しており、航空宇宙産業、自動車産業、及びその他の産業において、一般的に用いられている。熱可塑性複合材料の圧縮成形は、複合材部品を製造する１つの手法である。しかしながら、圧縮金型及び熱可塑性材料を成形温度まで加熱するのに要する熱サイクルタイムが長いため、複合材部品を生産する速度には限界がある。従って、当業者は、熱可塑性複合材料の圧縮成形の分野において、研究及び開発努力を続けており、上述した事柄に対処するためのシステム及び方法は、有用性があろう。

【発明の概要】

【0003】

以下に、本発明による要旨の実施例を列挙するが、これらは包括的なものではなく、また、請求項に記載されているものと記載されていないものとが含まれうる。

【0004】

一実施例において、熱可塑性装填材料を予熱するための開示のシステムは、入口及び出口を有する導管と、前記導管を通って前記入口から前記出口に気体を移動させるように構成された気体移動ユニットとを含む。当該システムは、前記気体を加熱するために、前記入口と前記出口との間に配置された加熱アセンブリも含む。当該システムは、前記導管と流体連通する保持容器をさらに含む。保持容器は、熱可塑性粒状材料を収容する。熱可塑性粒状材料は、熱可塑性母材を含む。気体‐粒子混合物が、前記導管を通って、前記導管の前記出口に移動する。

【0005】

一実施例において、熱可塑性装填材料を予熱するための開示の方法は、（１）導管を通る気体の流れを生成する工程、（２）前記気体の前記流れに熱可塑性粒状材料を導入して、気体‐粒子混合物を生成する工程、（３）前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、加熱アセンブリを用いて加熱して、加熱気体‐粒子混合物を生成する工程、及び、（４）前記加熱気体‐粒子混合物を金型に投入する工程を含む。

【0006】

別の実施例において、熱可塑性装填材料を予熱するための開示の方法は、（１）導管を囲む誘導コイルを用いて、磁場を誘起する工程、（２）前記導管を通って移動する前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つと前記誘導コイルとの間の磁場内に配置されたサセプタを、前記熱可塑性粒状材料の熱可塑性母材の融点よりも低い、前記サセプタのキュリー温度まで加熱する工程、（３）前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを前記サセプタに接触させること、又は、前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、前記サセプタによって形成された流路を通って移動させること、のいずれかによって加熱する工程、を含む。

【0007】

本開示のシステム及び方法の他の実施例は、以下の詳細な説明、添付図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】熱可塑性装填材料を予熱するための本開示のシステムの一例の概略ブロック図である。

【図2】図１のシステムの一例の概略斜視断面図である。

【図3】図１のシステムにおける加熱アセンブリの一例の概略側断面図である。

【図4】図１のシステムにおける加熱アセンブリの一例の概略側断面図である。

【図5】図１のシステムにおける加熱アセンブリの一例の概略側断面図である。

【図6】図１のシステムにおける加熱アセンブリの一例の概略側断面図である。

【図7】図６に示したサセプタの一例の概略正面断面図である。

【図8】熱可塑性装填材料を予熱するための本開示の方法の一例を示すフローチャートである。

【図9】航空機の製造及び保守方法のフローチャートである。

【図10】航空機のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の詳細な説明は、添付の図面を参照しているが、これらの図面は、本開示における、ある特定の実施例を示すものである。これらとは異なる構造及び動作を有する他の実施例も、本開示の範囲から逸脱するものではない。同じ参照数字は、異なる図面においても、同一の特徴、要素、又はコンポーネントを表す場合がある。

【0010】

本開示による要旨の例示的且つ非排他的な実施例を、特許請求の範囲に記載のものも、記載していないものも含め、以下に述べる。本明細書において「実施例」という場合は、当該実施例に関連して述べる１つ以上の特徴、構造、要素、コンポーネント、特性、及び／又は動作工程が、本開示による要旨の少なくとも１つの実施形態及び／又は実施態様に含まれることを意味している。従って、「一実施例」、「別の実施例」、「１つ以上の実施例」並びに、本開示の全体にわたるこれらに類する文言は、同じ実施例に言及している場合があるが、必ずしもそうとは限らない。また、任意の一実施例を特徴付ける構成要件が、任意の他の実施例を特徴付ける構成要件を含む場合があるが、必ずしもそうとは限らない。さらに、任意の一実施例を特徴付ける構成要件が、任意の他の実施例を特徴付ける構成要件と組み合わさっている場合もあるが、必ずしもそうとは限らない。

【0011】

図１～図８を参照しつつ、本開示では、熱可塑性装填材料（thermoplastic charge)を予熱するためのシステム及び方法を例示的に説明する。概して、本開示のシステム及び方法は、熱可塑性粒状材料を予熱して、圧縮成形用の金型に搬送する。熱可塑性粒状材料が金型に入る前に当該材料を加熱することにより、圧縮成形作業の完了に要する熱サイクルタイムが改善する。

【0012】

図１及び図２は、熱可塑性装填材料１０２を予熱するための本開示のシステム１００の実施例を、概略的に示している。システム１００は、導管１０４を含む。導管１０４は、入口１０６及び出口１０８を有する。当該システム１００は、気体移動ユニット１１０も含む。気体移動ユニット１１０は、導管１０４を通って入口１０６から出口１０８に気体１３４を移動させるように構成されている。システム１００は、加熱アセンブリ１１２をさらに含む。加熱アセンブリ１１２は、入口１０６と出口１０８との間に位置し、導管１０４を通って移動する気体１３４を加熱する。システム１００は、保持容器１１４も含む。保持容器１１４は、導管１０４と流体連通している。保持容器１１４は、熱可塑性粒状材料を収容する。熱可塑性粒状材料１１６は、熱可塑性母材１１８を含む。導管１０４を通って移動する気体１３４が、熱可塑性粒状材料１１６を、導管１０４の出口に搬送する。従って、気体‐粒子混合物１４０が、導管１０４を通って、導管１０４の出口１０８に移動する。

【0013】

開示のシステム１００によれば、熱可塑性粒状材料１１６を、融点より低い温度まで予熱して、予熱状態で圧縮金型に導入することが可能となる。本開示は、従来の圧縮成形技術では、金型が加熱されて、金型内の熱可塑性材料を金型が成形温度まで加熱するということを、認識している。しかしながら、熱可塑性材料の熱伝導率は比較的低いため、熱可塑性材料が成形温度に到達するには、金型が当該温度に到達するよりも、かなり長い時間を要する。熱可塑性粒状材料１１６を予熱しておくことで、熱可塑性粒状材料１１６を成形温度まで到達させるのに必要な熱サイクルタイムを短縮できるという利点がある。

【0014】

一実施例において、導管１０４は、気体１３４及び熱可塑性粒状材料１１６を運ぶように構成された、閉じた断面を有するチャネルを含むか、あるいはこのようなチャネルの形態である。例えば、導管１０４は、管状部材である。導管１０４は、気体１３４を、入口１０６から出口１０８に運ぶ。熱可塑性粒状材料１１６を導管１０４に導入して気体１３４と混合した後は、導管１０４は、気体‐粒子混合物１４０を出口１０８に運ぶ。本明細書において、「気体‐粒子混合物」とは、気体１３４と熱可塑性粒状材料１１６との混合物のことをいう。

【0015】

一実施例において、気体移動ユニット１１０は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０を導管１０４を通って移動させるのに十分な力を供給するように構成された、例えばファンやブロワーなどの種々の適当な機械のうちの任意の１つであるか、あるいはそれを含む。気体移動ユニット１１０は、導管１０４の入口１０６と流体連通することにより、導管１０４を通る気体１３４の流れを形成する。一実施例では、気体移動ユニット１１０は、導管１０４の入口１０６に連結されている。

【0016】

一実施例において、加熱アセンブリ１１２は、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つを加熱して加熱気体‐粒子混合物１４２を生成するために、導管１０４の少なくとも一部及び／又は導管１０４の内部空間の少なくとも一部を十分に加熱するように構成された、種々の適当なヒータのうちの任意の１つであるか、あるいはそれを含む。加熱気体‐粒子混合物１４２は、導管１０４を通って、出口１０８に移動する。一実施例において、加熱アセンブリ１１２は、導管１０４及び／又は導管１０４の内部空間のうちの少なくとも１つと伝熱接続した抵抗ヒータを含む。別の実施例において、以下に詳述するように、加熱アセンブリ１１２は、導管１０４及び／又は導管１０４の内部空間のうちの少なくとも１つと伝熱接続した誘導加熱器を含む。

【0017】

一実施例において、保持容器１１４は、所与の量の熱可塑性粒状材料１１６を保持するとともに、導管１０４を通って移動する気体１３４の流れに熱可塑性粒状材料１１６を導入するように構成された種々の中空コンテナのうちの任意の１つであるか、あるいはそれを含む。一実施例において、保持容器１１４は、ホッパーを含む。保持容器１１４は、導管１０４に連結されるとともに、熱可塑性粒状材料１１６を導管１０４内の気体１３４の流れに導入できるよう、導管１０４の内部空間と流体的又は空間的に連通している。熱可塑性粒状材料１１６の導管１０４内への導入位置１５０（図２）（例えば、保持容器１１４が導管１０４に連結されている位置）は、入口１０６と出口１０８との間である。一実施例において、保持容器１１４は、導管１０４内への熱可塑性粒状材料１１６の排出及び投入のために選択的に開閉される操作開口部１４８（図２）を有する。

【0018】

一実施例において、システム１００は、金型１２０を含む。金型１２０は、導管１０４の出口１０８から受けた熱可塑性粒状材料１１６を圧縮成形するように構成されている。一実施例において、金型１２０は、熱可塑性装填材料１０２を１つ以上の熱可塑性複合材部品に圧縮成形するために用いられる圧縮成形機の少なくとも一部を構成している。すなわち、熱可塑性複合材部品１５２（図１）は、圧縮成形機内で圧縮成形される。金型１２０は、少なくとも１つの金型キャビティ又は材料貯留部を含んでおり、その幾何学形状が、作製される熱可塑性複合材部品１５２の輪郭を定める。様々な実施例において、任意の適当な成形装置及び手法を用いることができる。

【0019】

本明細書において、「熱可塑性装填材料」とは、金型１２０の金型キャビティに装填又は投入される、所与の量の熱可塑性粒状材料１１６のことをいう。本明細書に開示のシステム１００及び方法１０００の実施例によれば、熱可塑性装填材料１０２は、導管１０４を通って移動する熱可塑性粒状材料１１６を予熱することによって、予熱される。一実施例において、金型１２０に装填される熱可塑性粒状材料１１６の量を管理することによって、熱可塑性装填材料１０２の体積が、事前選択及び制御される。

【0020】

開示のシステム１００を用いて熱可塑性母材１１８を含む熱可塑性粒状材料１１６を予熱し、熱可塑性複合材部品１５２を作製する一実施例において、予熱された熱可塑性装填材料１０２（例えば、所与の量の予熱された熱可塑性粒状材料１１６）は、導管１０４の出口１０８から金型１２０に装填される。（例えばランダムに配向された）熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性装填材料１０２は、熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性母材１１８が溶融して成形可能になるまで、金型１２０内でさらに加熱される。成形された熱可塑性装填材料１０２は、その後、冷却及び固化して、熱可塑性複合材部品１５２を形成する。

【0021】

一実施例において、熱可塑性母材１１８は、比較的粘度の高い熱可塑性樹脂を含む。例として、熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性母材１１８は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及び、ポリエーテルケトンケトン‐ｆｃグレード（ＰＥＫＫ‐ＦＣ）のうちの少なくとも１つを含む。熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性母材１１８の他の例も考えられる。

【0022】

概括的に図１を参照すると、一実施例において、熱可塑性粒状材料１１６は、強化繊維１２２を含む。一実施例において、強化繊維１２２は、様々な高強度繊維のうちの任意の１つ以上を含む。例として、熱可塑性粒状材料１１６の強化繊維１２２は、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維、及び、ガラス繊維のうちの少なくとも１つを含む。熱可塑性粒状材料１１６の強化繊維１２２の他の例も考えられる。別の実施例において、熱可塑性粒状材料１１６は、金属粒子、セラミック粒子、又はウィスカーなどの、他の種類の補強材を含む。

【0023】

開示のシステム１００を用いて、熱可塑性母材１１８と強化繊維１２２とを含む熱可塑性粒状材料１１６を予熱して、熱可塑性複合材部品１５２を作製する一実施態様において、予熱された熱可塑性装填材料１０２（例えば、所与の量の予熱された熱可塑性粒状材料１１６）は、導管１０４の出口１０８から金型１２０に装填される。（例えばランダムに配向された）熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性装填材料１０２は、熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性母材１１８が溶融して成形可能となるまで、金型１２０内でさらに加熱され、溶融熱可塑性粒状材料１１６と強化繊維１２２との成形可能混合物となる。成形された熱可塑性装填材料１０２は、その後、冷却及び固化して、熱可塑性複合材部品１５２を形成する。

【0024】

一実施例において、熱可塑性粒状材料１１６は、熱可塑性粒状材料１１６の複数のフレーク１４４の形態である。フレーク１４４は、気体１３４から熱可塑性粒状材料１１６への効率的な熱伝達に有利な幾何学形状を実現する。

【0025】

一実施例において、複数のフレーク１４４は、熱可塑性樹脂（例えば熱可塑性母材１１８）を事前含侵させた単方向繊維（例えば強化繊維１２２）から形成される。本実施例において、熱可塑性装填材料１０２は、熱可塑性樹脂が注入されたランダム配向の繊維フレークの形態を取りうる。本実施例では、熱可塑性複合材部品１５２を形成する熱可塑性材料の供給源は、複数のフレーク１４４（例えば樹脂注入繊維フレーク）に含まれた熱可塑性母材に由来する。ただし、代替の実施例において、熱可塑性粒状材料１１６の複数のフレーク１４４は、乾燥繊維フレーク（例えば樹脂を事前含侵させていない強化繊維１２２）、及び、熱可塑性樹脂フレーク（例えば熱可塑性母材１１８）を含む。この実施例では、熱可塑性装填材料１０２の繊維含有量を、より良好に制御することができる。

【0026】

一実施例において、複数のフレーク１４４は、例えば、限定するものではないが、繊維プリプレグテープを細断する回転チョッパーを用いて、あるいは、高繊維含有量のプリプレグテープのロールもしくはストリップ、又は高繊維含有量のプリプレグのシートから個々の形状片を型抜きすることによって、形成することができる。複数のフレーク１４４を形成するための他の製造方法も考えられる。

【0027】

複数のフレーク１４４は、例えば種々の形状のうちの任意の１つ以上を有しており、このことは、例えば、金型１２０の金型キャビティ内の熱可塑性母材１１８と強化繊維１２２との溶融混合物内において、強化繊維１２２を分散させランダムに配向させることに役立つ。複数のフレーク１４４の固有の形状は、混合物内に様々な長さの補強材を導入することによって、熱可塑性複合材部品１５２に準等方性の機械的特性を与えることにも役立つ。

【0028】

他の実施例において、熱可塑性粒状材料１１６は、複数の球体状の熱可塑性粒状材料１１６や、複数の楕円体状の熱可塑性粒状材料１１６など、他の様々な形状のうちの任意の１つを有する。

【0029】

図１及び図２を参照すると、一実施例において、加熱アセンブリ１１２は、誘導加熱器の形態をとる。（例えば、誘導加熱アセンブリである。）加熱アセンブリ１１２は、誘導コイル１２４を含む。誘導コイル１２４は、導管１０４を囲んでいる。加熱アセンブリ１１２は、サセプタ１２６も含む。サセプタ１２６は、誘導コイル１２４と、導管１０４を通って移動する気体１３４及び／又は気体‐粒子混合物１４０との間に配置されている。誘導コイル１２４は、サセプタ１２６に渦電流加熱を発生させる。

【0030】

図２を参照すると、一実施例において、誘導コイル１２４は、導管１０４の外部（例えば外側）の少なくとも一部に巻回されている。誘導コイル１２４の両端には、電源１５４が接続されている。電源１５４は、誘導コイル１２４に交流（ＡＣ）を流すことができる。誘導コイル１２４の巻線に電流が流れると、磁場が形成される。サセプタ１２６は、誘導コイル１２４の磁場内に位置しており、サセプタ１２６に渦電流が誘起される。渦電流は、サセプタ１２６を形成している材料の電気抵抗に逆らって流れ、これにより、サセプタ１２６内に局所的な熱が生成される。これは、誘導加熱と称され、誘導コイル１２４は、直接的に接触せずにサセプタ１２６に熱を誘起することができる。

【0031】

図１を参照すると、一実施例において、サセプタ１２６は、強磁性材料１４６を含む。例えば、サセプタ１２６は、強磁性材料１４６によって形成される。一実施例において、サセプタ１２６は、コバルト合金、鉄合金、ニッケルと鉄との合金、鉄とシリコンとの合金、非晶質磁性合金、結晶質磁性合金、又はその他の適当な材料のうちの１つを含むか、あるいは、それによって形成されている。

【0032】

サセプタ１２６は、ワイヤ、ストリップ、プレート、リング、シート、ワイヤの織物などの様々な形態又は形状のうちの任意の１つ、あるいはその他の適当な形状を有しうる。選択される固有の形状は、加熱アセンブリ１１２の個々の実施態様によって異なる。

【0033】

一実施例において、熱可塑性母材１１８は、融点１３６を有する。サセプタ１２６は、キュリー温度１３８を有する。サセプタ１２６のキュリー温度１３８は、熱可塑性母材１１８の融点１３６より低い。一実施例において、サセプタ１２６（例えばサセプタ１２６の強磁性材料１４６）は、そのキュリー温度１３８が熱可塑性母材１１８の融点１３６より低いものが選択される。

【0034】

サセプタ１２６は、「スマートサセプタ」とも称される場合がある。スマートサセプタは、キュリー温度又はキュリー点と称される閾値温度に到達するまで、効率的に熱を生成する磁性材料又は透磁性材料によって形成された、選択された種類のサセプタである。キュリー温度又はキュリー点とは、特定の磁性材料が、その磁気特性において急激な変化を起こす温度である。一例において、スマートサセプタの一部がキュリー温度に到達すると、これらの部分の透磁率が急激に低下する。透磁率の低下は、２つの効果をもたらす。すなわち、（１）これらのキュリー温度部分による熱の生成が制限されることと、（２）より低温の部分に磁束が移動し、これにより、キュリー温度よりも低い部分がより迅速にキュリー温度まで昇温すること、である。

【0035】

従って、サセプタ１２６は、誘導コイル１２４によって誘導加熱されて、熱可塑性粒状材料１１６の融点１３６より低い所定の加熱温度まで、熱可塑性粒状材料１１６を加熱する。サセプタ１２６によれば、熱可塑性粒状材料１１６を加熱する温度を、比較的正確に制御することが可能となる。

【0036】

一例において、サセプタ１２６のキュリー温度１３８は、熱可塑性母材１１８の融点１３６の約５０パーセントと約９９パーセントとの間である。別の例において、サセプタ１２６のキュリー温度１３８は、熱可塑性母材１１８の融点１３６の約８０パーセントと約９５パーセントとの間である。他の例において、サセプタ１２６のキュリー温度１３８は、熱可塑性母材１１８の融点１３６に対して他の範囲のものも考えられる。

【0037】

図３は、誘導コイル１２４、サセプタ１２６、及び、導管１０４の配置例を概略的に示している。この例では、サセプタ１２６は、導管１０４に内蔵されている。一例において、導管１０４は、管状壁１５６の形態であるか、あるいはそれを含んでいる。誘導コイル１２４は、管状壁１５６の外側に位置しており、導管１０４の少なくとも一部を囲んでいる。サセプタ１２６は、導管１０４を形成している管状壁１５６に埋設されている。例えば、サセプタ１２６は、管状壁１５６の外面１５８と内面１６０との間に位置している。管状壁１５６の内側は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つが通る流路１２８を形成している。この例では、熱は、サセプタ１２６から、管状壁１５６の厚みの一部を通って、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つに伝達される。

【0038】

図４は、誘導コイル１２４、サセプタ１２６、及び、導管１０４の別の配置例を概略的に示している。この例では、サセプタ１２６は、導管１０４の外部に位置している。誘導コイル１２４は、管状壁１５６の外側に位置しており、導管１０４の少なくとも一部を囲んでいる。サセプタ１２６は、導管１０４を形成している管状壁１５６の外側に位置している。例えば、サセプタ１２６は、管状壁１５６の外面１５８の少なくとも一部に連結されている。管状壁１５６の内側は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つが通る流路１２８を形成している。この例では、熱は、サセプタ１２６から、管状壁１５６の厚みを通って、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つに伝達される。

【0039】

図５は、誘導コイル１２４、サセプタ１２６、及び、導管１０４の別の配置例を概略的に示している。この例では、サセプタ１２６は、導管１０４の内部に位置している。誘導コイル１２４は、管状壁１５６の外側に位置しており、導管１０４の少なくとも一部を囲んでいる。サセプタ１２６は、導管１０４を形成している管状壁１５６の内側に位置している。例えば、サセプタ１２６は、管状壁１５６の内面１６０の少なくとも一部に連結されている。管状壁１５６及びサセプタ１２６の内側は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つが通る流路１２８を形成している。この例では、熱は、サセプタ１２６から、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つに伝達される。

【0040】

図６は、誘導コイル１２４、サセプタ１２６、及び、導管１０４の別の配置例を概略的に示している。図７は、図６に示したサセプタ１２６の例を、概略的に示している。この例では、サセプタ１２６は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つが通る少なくとも１つの流路１２８を形成している。誘導コイル１２４は、管状壁１５６の外側に位置しており、導管１０４の少なくとも一部を囲んでいる。サセプタ１２６は、導管１０４を形成している管状壁１５６の内側に位置している。例えば、サセプタ１２６は、材料（例えば強磁性材料１４６）からなる胴体部１６４（例えばブロック又はその他の塊）を有しており、当該胴体部は、管状壁１５６の断面形状に対して相補的な断面形状を有するとともに、管状壁１５６によって形成される導管１０４の内部空間の少なくとも一部を埋めるものである。サセプタ１２６は、胴体部１６４を通って延びる少なくとも１つのチャネル１６２を含む。チャネル１６２は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つが通る流路１２８を形成又は画定している。この例では、熱は、サセプタ１２６から、サセプタ１２６を通って移動する気体１３４及び／又は気体‐粒子混合物１４０に伝達される。

【0041】

サセプタ１２６は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つの流路１２８を形成する任意の数のチャネル１６２を有しうる。各チャネル１６２は、任意の内寸（例えば直径）及び断面形状を有しうる。チャネル１６２の数、サイズ、及び／又は形状は、導管１０４の出口１０８（図２）を出る前に熱可塑性粒状材料１１６を十分に加熱するのに必要な加熱特性に基づいて、選択することができる。例えば、小さなチャネル１６２を数多く設ける方が、大きなチャネル１６２を少なく設けるよりも、効率的に加熱できる。

【0042】

図２を参照すると、一実施例において、システム１００は、複数の加熱アセンブリ１１２を含む。これらのうちの第１の加熱アセンブリ１１２は、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置よりも、上流側に位置している。この第１の加熱アセンブリ１１２は、気体１３４を加熱する。第２の加熱アセンブリ１１２は、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置よりも、下流側に位置している。この第２の加熱アセンブリ１１２は、気体‐粒子混合物１４０を加熱する。

【0043】

図２に示すように、気体移動ユニット１１０は、気体１３４の流れを生成する。気体１３４は、入口１０６から導管１０４に入る。第１の加熱アセンブリ１１２は、気体１３４が導管１０４を通って移動する際に当該気体を加熱して、加熱気体１６６を生成する。熱可塑性粒状材料１１６は、導入位置１５０で保持容器１１４から導管１０４に排出され、加熱気体１６６に導入されて、気体‐粒子混合物１４０を生成する。本実施例では、熱可塑性粒状材料１１６が加熱気体１６６に導入されると、加熱気体１６６が熱可塑性粒状材料１１６を加熱し始める。第２の加熱アセンブリ１１２は、気体‐粒子混合物１４０が導管１０４を通って移動する際に当該混合物を加熱して、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する。加熱気体‐粒子混合物１４２は、その後、出口１０８から導管１０４を出て金型１２０に投入され、予熱された熱可塑性装填材料１０２を形成する。

【0044】

明示的に図示はしていないが、他の実施例において、システム１００は、導管１０４に沿って位置する任意の数の追加の加熱アセンブリ１１２を含むことができる。追加の加熱アセンブリ１１２は、熱可塑性粒状材料１１６の導入位置１５０の上流側に位置して、気体１３４をさらに加熱してもよいし、これに加えて又は代えて、熱可塑性粒状材料１１６の導入位置１５０の下流側に位置して、気体‐粒子混合物１４０をさらに加熱してもよい。別の実施例において、システム１００は、熱可塑性粒状材料１１６の導入位置１５０の上流側のみに位置して気体１３４のみを加熱する、１つ以上の加熱アセンブリ１１２を含んでいてもよい。別の実施例において、システム１００は、熱可塑性粒状材料１１６の導入位置１５０の下流側のみに位置して、気体‐粒子混合物１４０のみを加熱する１つ以上の加熱アセンブリ１１２を含んでいてもよい。

【0045】

図２を参照すると、一実施例において、システム１００は、制御装置１３０を含む。制御装置１３０は、加熱アセンブリ１１２を制御するように構成されている。例えば、制御装置１３０は、電源１５４に連結されて、誘導コイル１２４に供給される電流を効果的に制御する。制御装置１３０は、電源１５４に命令を与えて、誘導コイル１２４に電流を印可させたり、誘導コイル１２４への電流の印可を停止させたりすることができる。制御装置１３０は、誘導コイル１２４に印可する電流の大きさに関して、電源１５４に命令することもできる。誘導コイル１２４に印可される電流を制御することにより、磁場の生成が制御され、ひいては、サセプタ１２６の加熱が制御される。本実施例において、制御装置１３０は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つの加熱動作を、管理及び自動化することができる。

【0046】

制御装置１３０は、ハードウェア（例えばプロセッサ及びメモリ）、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを含みうる。制御装置１３０は、自動装置と通信するための適当なインターフェースも含みうる。これらの装置との制御装置１３０の通信媒体は、有線接続であっても無線接続であってもよい。

【0047】

別の実施例において、制御装置１３０又は１つ以上の追加の制御装置は、気体移動ユニット１１０の制御及び／又は保持容器１１４からの熱可塑性粒状材料１１６の排出速度などの、システム１００の他の動作を、管理及び自動化するように構成されている。

【0048】

一実施例において、システムは、温度センサ１３２を含む。温度センサ１３２は、制御装置１３０に連結されており、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つの温度を測定するように、配置されている。気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つの温度を測定することにより、気体１３４及び／又は気体‐粒子混合物１４０が、熱可塑性粒状材料１１６を予熱するのに十分な所望の温度にいつ到達するかを判定することができる。本実施例において、制御装置１３０及び温度センサ１３２は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つの加熱動作を、管理及び自動化する。例えば、制御装置１３０及び温度センサ１３２は、フィードバックループを提供して、誘導コイル１２４によって生成される磁場を判定及び制御することにより、サセプタ１２６の加熱温度を調節することができる。

【0049】

この例示的な実施例において、システム１００は、複数の温度センサ１３２を含む。これらのうちの第１の温度センサ１３２は、第１の加熱アセンブリ１１２と、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置１５０との間に位置している。この第１の温度センサ１３２は、加熱気体１６６の温度を測定する。第２の温度センサ１３２は、第２の加熱アセンブリ１１２の下流側に位置している。この第２の温度センサ１３２は、加熱気体‐粒子混合物１４２の温度を測定する。

【0050】

図８は、熱可塑性装填材料１０２を予熱するための本開示の方法１０００の一例を示している。本開示の方法１０００によれば、熱可塑性粒状材料１１６を融点より低い温度まで予熱して、予熱状態で（例えば予熱熱可塑性装填材料１０２として）圧縮金型に導入することが可能となる。方法１０００の実施例は、上述するとともに図１～図７に示したシステム１００を用いる。

【0051】

一実施例において、方法１０００は、導管１０４を通る気体１３４の流れを生成する工程（ブロック１００２）を含む。一実施例において、導管１０４を通る気体１３４の流れは、気体移動ユニット１１０（図１及び図２）を用いて生成される。方法１０００は、導管１０４を通って気体１３４を移動させる工程も含む。

【0052】

一実施例において、方法１０００は、気体１３４の流れに熱可塑性粒状材料１１６を導入することにより、気体‐粒子混合物１４０を生成する工程（ブロック１００４）を含む。一実施例において、熱可塑性粒状材料１１６は、保持容器１１４が導管１０４に連結されている導入位置１５０で、気体１３４の流れに導入される。方法１０００は、導管１０４を通って気体‐粒子混合物１４０を移動させる工程も含む。

【0053】

一実施例において、方法１０００は、加熱アセンブリ１１２を用いて、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つを加熱することにより、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する工程（ブロック１００６）を含む。一実施例において、方法１０００は、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置の上流側に加熱アセンブリ１１２を位置させて、気体１３４を加熱することにより、加熱気体１６６を生成する工程を含む。別の一実施例において、方法１０００は、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置の下流側に加熱アセンブリ１１２を位置させて、気体‐粒子混合物１４０を加熱することにより、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する工程を含む。別の実施例において、方法１０００は、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置の上流側に第１加熱アセンブリ１１２を位置させて、気体１３４を加熱することにより、加熱気体１６６を生成する工程、及び、気体１３４に対する熱可塑性粒状材料１１６の導入位置の下流側に第２加熱アセンブリ１１２を位置させて、気体‐粒子混合物１４０を加熱することにより、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する工程を含む。

【0054】

一実施例において、方法１０００によれば、加熱アセンブリ１１２を用いて気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つを加熱することにより、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する工程（ブロック１００６）は、導管１０４を囲む誘導コイル１２４を用いて磁場を誘起する工程（ブロック１００８）、及び、誘導コイル１２４と、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つとの間の磁場内に配置されたサセプタ１２６を加熱する工程（ブロック１０１０）を含む。

【0055】

一実施例において、方法１０００によれば、誘導コイル１２４と、導管１０４を通って移動する気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つとの間の磁場内に配置されたサセプタ１２６を加熱する工程（ブロック１０１０）は、サセプタ１２６のキュリー温度１３８までサセプタ１２６を加熱する工程（ブロック１０１２）を含む。一実施例において、サセプタ１２６のキュリー温度１３８は、熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性母材１１８の融点１３６より低い。

【0056】

一実施例において、方法１０００は、熱可塑性粒状材料１１６の熱可塑性母材１１８の融点１３６より低いキュリー温度１３８を有する、サセプタ１２６の材料（例えば強磁性材料１４６）を選択する工程を含む。一実施例において、サセプタ１２６の材料を選択する工程は、熱可塑性母材１１８の融点１３６の約５０パーセントと約９９パーセントとの間のキュリー温度１３８を有する、サセプタ１２６の材料を選択する工程を含む。別の実施例において、サセプタ１２６の材料を選択する工程は、熱可塑性母材１１８の融点１３６の約８０パーセントと約９５パーセントとの間のキュリー温度１３８を有する、サセプタ１２６の材料を選択する工程を含む。

【0057】

一実施例において、方法１０００は、導管１０４を通って移動する気体１３４の温度を測定する工程を含む。一実施例において、導管１０４を通って移動する気体１３４の温度は、温度センサ１３２を用いて測定される。一実施例において、方法１０００は、温度センサ１３２を加熱アセンブリ１１２の下流側に位置させて、加熱気体１６６の温度を測定する工程を含む。別の実施例において、方法１０００は、温度センサ１３２を加熱アセンブリ１１２の下流側に位置させて、加熱気体‐粒子混合物１４２の温度を測定する工程を含む。別の実施例において、当該方法は、第１の温度センサ１３２を第１の加熱アセンブリ１１２の下流側に位置させて、加熱気体１６６の温度を測定するとともに、第２の温度センサ１３２を第２の加熱アセンブリ１１２の下流側に位置させて、加熱気体‐粒子混合物１４２の温度を測定する工程を含む。

【0058】

一実施例において、方法１０００は、誘導コイル１２４によって生成される磁場を制御することにより、サセプタ１２６の加熱温度を制御する工程を含む。一例において、磁場の制御は、電源１５４によって誘導コイル１２４に印可される電流を制御することによって、達成される。電源１５４は、制御装置１３０を用いて制御される。一例において、磁場の制御は、温度センサ１３２による温度測定値に基づいて行われる。

【0059】

一実施例において、方法１０００によれば、加熱アセンブリ１１２を用いて気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つを加熱することにより、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する工程（ブロック１００６）は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つをサセプタ１２６と接触させる工程（ブロック１０１４）を含む。例えば、方法１０００は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０うちの少なくとも１つが、導管１０４を通って移動する際にサセプタ１２６と接触するように、導管１０４の内部にサセプタ１２６を位置させる工程を含む。

【0060】

一実施例において、方法１０００によれば、加熱アセンブリ１１２を用いて気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つを加熱することにより、加熱気体‐粒子混合物１４２を生成する工程（ブロック１００６）は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０のうちの少なくとも１つを、サセプタ１２６によって形成された少なくとも１つの流路１２８を通って移動させる工程（ブロック１０１６）を含む。例えば、方法１０００は、気体１３４及び気体‐粒子混合物１４０うちの少なくとも１つが、胴体部１６４に形成された少なくとも１つのチャネル１６２を通って移動する際にサセプタ１２６と接触するように、サセプタ１２６の胴体部１６４を導管１０４の内部に位置させる工程を含む。

【0061】

一実施例において、方法１０００は、加熱気体‐粒子混合物１４２を金型１２０に投入する工程（ブロック１０１８）を含む。例えば、方法１０００は、導管の出口１０８から出る所与の量の予熱された熱可塑性粒状材料１１６を、金型１２０投入又は装填することにより、予熱熱可塑性装填材料１０２の少なくとも一部を形成する工程を含む。

【0062】

上述するとともに図８に示した熱可塑性粒状材料１１６を予熱する方法１０００の全体的な工程では、上述するとともに図１～図７に示したシステム１００を用いる。熱可塑性粒状材料１１６を予熱した後、金型１２０を、予熱された熱可塑性粒状材料１１６の予熱熱可塑性装填材料１０２で満たす。熱可塑性装填材料１０２は、溶融された際に、金型１２０の金型キャビティの容積に実質的に一致する体積となるように、あらかじめ測定しておいてもよい。次に、熱可塑性装填材料１０２の熱可塑性母材１１８が融点まで加熱されて、金型キャビティ内で溶融される。溶融された熱可塑性複合材部品１５２は、その後、冷却及び固化し、金型１２０が開かれて、金型キャビティから熱可塑性複合材部品１５２が取り出される。

【0063】

開示のシステム１００及び方法１０００は、圧縮成形による様々な種類の熱可塑性複合材部品の製造を実現する。開示のシステム１００を用いて、及び／又は、開示の方法１０００に従って、作製される熱可塑性複合材部品は、軽量、高剛性、且つ、高強度であり、金属部品に比べて優れた耐食性を示す。熱可塑性複合材部品の例としては、限定するものではないが、熱可塑性複合材ファスナ、熱可塑性複合材構造部品などがある。開示のシステム１００を用いて、及び／又は、開示の方法１０００に従って、作製される熱可塑性複合材部品は、様々なサイズ、形状、及び特徴を有しうる。個々の熱可塑性複合材部品用に選択される個別の設計は、当該熱可塑性複合材部品の用途及び固有の性能要件に依存する。

【0064】

本開示のシステム１００及び方法１０００の実施例は、様々な用途において有用であり、特に、例えば航空宇宙用途を含め、輸送産業において有用である。次に、図９及び図１０を参照すると、システム１００及び方法１０００の実施例は、図９のフローチャートに示した航空機の製造及び保守方法１１００及び図１０に示した航空機１２００に関連して、採用することができる。航空機用途は、開示のシステム１００を用いて、及び／又は、開示の方法１０００に従って、圧縮成形用の熱可塑性装填材料を予熱して、航空機１２００の熱可塑性複合材部品を作製することを含む。

【0065】

図１０は、航空機１２００の一例を示す。航空機１２００は、機体１２０２、複数の高水準システム１２０４、及び、内装１２０６を含む。高水準システム１２０４の例としては、推進系１２０８、電気系１２１０、油圧系１２１２、及び、環境系１２１４のうちの１つ又は複数が挙げられる。他の例において、航空機１２００は、任意の数の他の種類のシステムを含みうる。図１０に示す航空機１２００は、システム１００の使用及び／又は本明細書に開示の方法１０００に従うことにより作製される１つ以上の熱可塑性複合材部品を有する航空機の一例である。

【0066】

図９に示すように、生産開始前において、方法１１００は、航空機１２００の仕様決定及び設計（ブロック１１０２）及び材料調達（ブロック１１０４）を含みうる。航空機１２００の製造中には、航空機１２００の部品及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０６）、及び、システム統合（ブロック１１０８）が行われる。その後、航空機１２００は、認証及び納品（ブロック１１１０）を経て、就航（ブロック１１１２）の期間に入る。開示の方法１０００の実施、及び／又は、開示のシステム１００の使用は、部品及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０６）及び／又はシステム統合（ブロック１１０８）の一部を構成しうる。定期的な整備及び保守（ブロック１１１４）は、航空機１２００の１つ以上のシステムの改良、再構成、改修などを含みうる。

【0067】

図９に示した方法１１００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、限定するものではないが、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。第三者は、限定するものではないが、売主、下請業者、及び、供給業者をいくつ含んでいてもよい。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等であってもよい。

【0068】

本明細書において図示又は説明したシステム１００及び方法１０００の実施例は、図９にフローチャートで示した製造及び保守方法１１００の工程のうちの任意の１つ以上で、採用することができる。例えば、開示のシステム１００及び方法１０００に従って作製される、航空機１２００の熱可塑性複合材部品、コンポーネント、及び構造体は、部品及びサブアセンブリの製造（ブロック１１０６）に対応し、航空機１２００の就航期間（ブロック１１１２）において製造される部品及びサブアセンブリと同様に製造してもよい。また、本明細書に記載のシステム１００及び方法１０００の１つ以上の実施例を、システム統合（ブロック１１０８）及び認証及び納品（ブロック１１１０）において用いることもできる。同様に、本明細書に記載のシステム１００及び方法１０００の１つ以上の実施例を、例えば、限定するものではないが、航空機１２００の就航中（ブロック１１１２）や、整備及び保守（ブロック１１１４）の際に用いることもできる。

【0069】

また、航空宇宙産業に用いた例を示したが、本開示の実施例及び原理は、例えば、自動車産業、宇宙産業、建設業などの他の産業、並びに、その他の設計及び製造業に適用することもできる。従って、本開示の実施例及び原理は、航空機に加えて、他のビークル構造体（例えば、陸上車両、船舶、宇宙車両など）及び独立型構造体にも適用することができる。

【0070】

本明細書において、特定の機能を実行するように「構成された（configured to）」システム、装置、デバイス、構造体、物品、要素、部品、又はハードウェアは、一切の変更を要することなくその特定の機能を実行できるものを指し、何らかの変更を施せばその特定の機能を実行する可能性のあるものを指すのではない。換言すれば、特定の機能を実行するように「構成された」システム、装置、デバイス、構造体、物品、要素、部品、又はハードウェアは、その特定の機能を実行することを目的として、具体的に、選択、作製、実施、利用、プログラム、及び／又は、設計されたものを指す。本明細書において、「構成されている」ということは、システム、装置、構造体、物品、要素、部品、又はハードウェアが既に備えている特性に言及するものであり、この特性により、一切の変更を要することなくその特定の機能を実行することができる。本開示において、特定の機能を実行するように「構成されている」と記載されたシステム、装置、デバイス、構造体、物品、要素、部品、又はハードウェアは、この記載に加えて、あるいは、この記載に代えて、当該機能を実行するように「適合化されている（adapted to）」、及び／又は「動作可能である（operative to）」と記載される場合もある。

【0071】

なお、本開示において、「連結された」、「連結する」といった用語及びこれに類する用語は、２つ以上の要素が、接合、結合、締結、取付け、接続、通信、又はその他の方法で（例えば、機械的、電気的、流体的、光学的、電磁気的に）互いに関連付けられていることをいう。様々な実施例において、これらの要素は、直接的又は間接的に関連付けられうる。一例として、要素Ａは、要素Ｂと直接的に関連付けられうる。別の例として、要素Ａは、例えば別の要素Ｃを介して、要素Ｂと間接的に関連付けられうる。なお、様々な開示の要素のすべての関連性を表しているとは限らない。従って、図に示したもの以外の連結も、存在しうる。

【0072】

本明細書において、「約」及び「おおよそ」という用語は、記載の条件に正確に一致しないまでも近い条件であって、所望の機能を実行するか、あるいは所望の結果を達成する条件のこという。一例として、「約」及び「おおよそ」という用語は、許容される所定の公差又は精度内にある条件のことをいう。例えば、「約」及び「おおよそ」という用語は、記載の条件から１０パーセント以内の条件のことをいう。ただし、「約」及び「おおよそ」という用語は、正確に記載の条件どおりである状態を排除しない。

【0073】

上述した図１及び図１０において、ブロックは、例えば、機能的な要素、特徴、又はそのコンポーネントを表しており、様々なブロックをつなぐ線は、必ずしも何らかの特定の構造を暗示するものではない。従って、図示の構造に対して、修正、追加、及び／又は省略を行うこともできる。さらに、当業者であればわかるように、説明するとともに上述の図１～図７に図示したすべての要素が、必ずしもすべての実施例に含まれる必要はなく、また、本明細書で説明したすべての要素が、必ずしも各実施例において図示されているとは限らない。特に明記しない限り、上述の図１～図７及び図１１に示した実施例の概略的な図示は、当該実施例に関して構造的な限定を示唆することを意図するものではない。むしろ、１つの例示的な構造を示しているものの、構造は適宜変更できることが理解されるべきである。

【0074】

上述の図８及び図９において、ブロックは、例えば、工程、ステップ、及び／又はその一部を表しており、様々なブロックをつなぐ線は、工程又はその一部の特定の順序や従属関係を暗示するものではない。なお、開示の様々な工程間のすべての従属関係を表しているとは限らない。本明細書に記載した本開示の方法の工程を表す図８及び図９ならびにこれらに付随する説明は、これらの工程が行われる順序を必ずしも決定するものではない。むしろ、１つの例示的な順序を示唆しているものの、工程の順序は適宜変更できることが理解されるべきである。従って、図示の工程に対して、修正、追加、及び／又は省略を行うこともでき、いくつかの工程は、異なる順序で、あるいは同時に行うこともできる。また、当業者であればわかるように、記載の工程のすべてを必ずしも行う必要はない。

【0075】

さらに、本開示は、以下の付記による実施例を含む。

【0076】

付記１． 熱可塑性装填材料を予熱するためのシステムであって、
入口及び出口を有する導管と、
前記導管を通って前記入口から前記出口に気体を移動させるように構成された気体移動ユニットと、
前記気体を加熱するために、前記入口と前記出口との間に配置された加熱アセンブリと、
前記導管と流体連通する、熱可塑性母材を含む熱可塑性粒状材料を収容する保持容器と、を含み、
前記保持容器から前記熱可塑性粒状材料が前記ガスに導入されて、気体‐粒子混合物が形成され、前記気体‐粒子混合物は、前記導管を通って、前記導管の前記出口に移動する、システム。

【0077】

付記２． 前記導管の前記出口から受けた前記熱可塑性粒状材料を圧縮成形するための金型をさらに含む、付記１に記載のシステム。

【0078】

付記３． 前記熱可塑性粒状材料は、強化繊維をさらに含む、付記１又は２に記載のシステム。

【0079】

付記４． 前記熱可塑性粒状材料は、複数のフレークの形態である、付記１又は２に記載のシステム。

【0080】

付記５． 前記熱可塑性母材は、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、及び、ポリエーテルケトンケトン‐ｆｃグレードからなる群から選択される、付記１～４のいずれか１つに記載のシステム。

【0081】

付記６． 前記加熱アセンブリは、
前記導管を囲む誘導コイルと、
前記誘導コイルと前記気体との間に配置されたサセプタと、を含み、
前記誘導コイルは、前記サセプタに渦電流加熱を発生させる、付記１～５のいずれか１つに記載のシステム。

【0082】

付記７． 前記熱可塑性母材は、融点を有し、
前記サセプタは、キュリー温度を有し、
前記サセプタの前記キュリー温度は、前記熱可塑性母材の前記融点より低い、付記６に記載のシステム。

【0083】

付記８． 前記サセプタの前記キュリー温度は、前記熱可塑性母材の前記融点の約５０パーセントと約９９パーセントとの間である、付記７に記載のシステム。

【0084】

付記９． 前記サセプタの前記キュリー温度は、前記熱可塑性母材の前記融点の約８０パーセントと約９５パーセントとの間である、付記７に記載のシステム。

【0085】

付記１０． 前記サセプタは、強磁性材料を含む、付記７～９のいずれか１つに記載のシステム。

【0086】

付記１１． 前記サセプタは、前記導管に内蔵されている、付記７～１０のいずれか１つに記載のシステム。

【0087】

付記１２． 前記サセプタは、前記導管の外部に位置している、付記７～１０のいずれか１つに記載のシステム。

【0088】

付記１３． 前記サセプタは、前記導管の内部に位置している、付記７～１０のいずれか１つに記載のシステム。

【0089】

付記１４． 前記サセプタは、前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つが通る、少なくとも１つの流路を形成する、付記１３に記載のシステム。

【0090】

付記１５． 複数の加熱アセンブリを含み、
第１の加熱アセンブリは、前記気体に対する前記熱可塑性粒状材料の導入位置の上流側に位置して、前記気体を加熱し、
第２の加熱アセンブリは、前記気体に対する前記熱可塑性粒状材料の前記導入位置の下流側に位置して、前記気体‐粒子混合物を加熱する、付記１～１４のいずれか１つに記載のシステム。

【0091】

付記１６． 前記加熱アセンブリを制御するように構成された制御装置をさらに含む、付記１～１５のいずれか１つに記載のシステム。

【0092】

付記１７． 前記制御装置に連結されるとともに、前記導管を通って移動する前記気体の温度を測定するように配置された温度センサをさらに含む、付記１６に記載のシステム。

【0093】

付記１８． 熱可塑性装填材料を予熱するための方法であって、
導管を通る気体の流れを生成することと、
前記気体の前記流れに熱可塑性粒状材料を導入して、気体‐粒子混合物を生成することと、
前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、加熱アセンブリを用いて加熱して、加熱気体‐粒子混合物を生成することと、
前記加熱気体‐粒子混合物を金型に投入することと、を含む方法。

【0094】

付記１９． 前記加熱アセンブリを用いて、前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを加熱して、前記加熱気体‐粒子混合物を生成することは、
前記導管を囲む誘導コイルを用いて、磁場を誘起することと、
前記導管を通って移動する前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つと前記誘導コイルとの間の磁場内に配置されたサセプタを加熱することと、を含む、付記１８に記載の方法。

【0095】

付記２０． 熱可塑性装填材料を予熱するための方法であって、
導管を通る気体の流れを生成することと、
前記気体の前記流れに熱可塑性粒状材料を導入して、気体‐粒子混合物を生成することと、
前記導管を囲む誘導コイルを用いて、磁場を誘起することと、
前記導管を通って移動する前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つと前記誘導コイルとの間の磁場内に配置されたサセプタを、前記熱可塑性粒状材料の熱可塑性母材の融点よりも低い、前記サセプタのキュリー温度まで加熱することと、
前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、
前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを前記サセプタに接触させること、又は、
前記気体及び前記気体‐粒子混合物のうちの少なくとも１つを、前記サセプタによって形成された流路を通って移動させること、のいずれかよって加熱することと、を含む方法。

【0096】

さらに、本明細書における特徴や利点に関する言及、あるいは本明細書で用いられている、それらに類する文言は、本明細書に開示の実施例によって実現することができる特徴及び利点のすべてが、各実施例に存在すべきこと、あるいは、存在することを、暗示するものではない。むしろ、特徴及び利点に言及する文言は、一実施例に関連して説明した、ある特定の特徴、利点、又は特性が、少なくとも１つの実施例に含まれることを意味している。従って、特徴や利点に関する記載、ならびに、本開示にわたって用いられている、それらに類する文言は、同じ実施例に言及している場合もあるが、必ずしもそうとは限らない。

【0097】

一実施例の記載の特徴、利点、及び特性は、１つ又は複数の他の実施例において、任意の適切な方法で組み合わせることができる。当業者であればわかるように、本明細書に記載の実施例は、特定の実施例の具体的な特徴又は利点のちの１つ以上が無くても、実施することができる。場合によっては、すべての実施例には存在しない追加の特徴及び利点が、ある種の実施例に認められることもあり得る。また、システム１００及び方法１０００の様々な実施例を図示及び説明してきたが、本明細書を読めば当業者には種々の改変が可能であろう。本願は、そのような改変も包含し、請求の範囲によってのみ限定されるものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】