JP2016097678A - 熱可塑性エラストマー材料を用いた、その場射出成形留め具キャップシール - Google Patents

熱可塑性エラストマー材料を用いた、その場射出成形留め具キャップシール Download PDF

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Abstract

【課題】取り付けた留め具にその場で防食及びＥＭＥ防護をシールキャップを設ける方法を提供する。
【解決手段】留め具１４をシールする方法であり、成形材料の導入口３２を備えたモールド２６を用いる。モールド２６を留め具１４上に配置し、モールド２６を構造体１０に対してシールする。次に、モールド２６内に成形材料を注入する。次に、留め具１４上に形成され且つ構造体１０に対してシールされたその場成形キャップが残るように、モールド２６を取り除く工程を含む、留め具をシールする方法。
【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、概して、機械式留め具の防食及び電磁影響（Electromagnetic effects）（ＥＭＥ）防護に関し、より具体的には、チップモールド（tip mold）において、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）のその場射出成形によって留め具上に直接成形されたキャップシールに関する。
航空機や他の機械システムの製造では、構造物の組立のため、多数の留め具を必要とする。多くの場合、取り付けられた留め具の露出部分は、燃料隔壁をシールするために防食したり、追加的に電磁影響（ＥＭＥ）防護を設けたりする必要がある。現在の複合材料の航空機構造体では、防護キャップを個別に成形した後、シール用接着剤を用いて、ロック用鍔部（locking collar）又はこれに類する露出要素に、当該防護キャップを取り付けている。このプロセスでは、時間とコストがかかり、検査ポイントが複数必要になる。
従って、取り付けた留め具にその場で防食及びＥＭＥ防護を設ける方法を提供することが望ましい。
例示的な実施形態によれば、留め具をシールするための方法が提供される。当該方法においては、成形材料の導入口を有するモールドを準備する。次に、モールドを留め具上に配置し、モールドを構造体に対してシールする。次に、モールドに成形材料を注入する。次に、留め具上に形成され且つ構造体に対してシールされたその場成形キャップが残るように、モールドを取り除く。
留め具キャップのその場射出成形方法を利用するためのシステムは、構造体における留め具を収容できるサイズのキャビティを有するモールドを含む。導入口がキャビティに連通しており、成形材料を入れることができるようになっている。モールドのシール外周面が、構造体の表面における留め具の周囲にシール外周を規定するサイズとされている。射出システムによって、導入口から成形材料が供給される。
また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
付記１ 構造体における留め具を収容できるサイズのキャビティと、前記キャビティに連通して、成形材料を入れるための導入口と、前記留め具を囲む前記構造体の表面にシール外周を規定するサイズとされた周縁シール面と、を有するモールドと、
前記導入口から成形材料を供給するように構成された射出システムと、を含む、留め具キャップのその場射出成形のためのシステム。
付記２ 前記モールドは、オーバーフローポートを含む、付記１に記載の留め具キャップのその場射出成形のためのシステム。
付記３ 前記モールドは、前記成形材料として熱可塑性エラストマーが入れられるようになっている、付記１に記載の留め具キャップのその場射出成形のためのシステム。
付記４ 前記モールドは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されている、付記３に記載の留め具キャップのその場射出成形のためのシステム。
付記５ 前記モールドは、ステンレス鋼によって形成されている、付記３に記載の留め具キャップのその場射出成形のためのシステム。
記載した特徴、機能及び利点は、本開示の様々な実施形態において個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって、明らかになるであろう。
複合材多層構造体に取り付けられた留め具上に、その場成形シーリングキャップを設けるためのモールド及び射出システムの断面図である。 完成状態の成形されたシーリングキャップの一部透視図である。 例示的な一実施形態において採用されるモールドの上方断面等角投影図である。 図３Ａのモールドの下方等角投影図である。 モールドの配置を行うロボットシステムの概略図である。 開示の実施形態を実施するための方法のフローチャートである。 本実施形態を採用しうる航空機の製造及びサービス方法のフロー図である。 実施形態を採用する航空機のブロック図である。
本明細書に記載の実施形態及び方法によれば、防食及びＥＭＥ防護用の留め具のシーリングキャップが提供される。当該キャップは、構造体に取り付けられた状態の露出した留め具上にモールドを配置し、留め具を囲む表面上にモールドをシールした状態で、露出留め具上に直接形成される（本明細においてはこれを「その場（in-situ）」と定義する）ものである。シーリングキャップを形成すべくモールドに成形材料を充填するのには、射出システムが用いられる。図面を参照すると、図１は、留め具１４を取り付けるための穴１２を有する複合材料層構造体１０を示している。図示の実施形態においては、留め具は、構造体１０の表面２０と係合する鍔部１８を備えた締結端部１６と、反対面２４と係合するヘッド部２２とを有する。モールド２６は、締結端部１６及び鍔部１８を収容するとともに、鍔部を囲む表面２０において直径２８を規定するシール外周を形成するキャビティ２７を有している。例示的な一実施形態においては、ホットメルトガン（hot melt gun）のような手持ち式ガン、手持ち式ねじ駆動射出システム、又はこれに類する手動操作用装置である射出システム３０は、モールドの導入口３２に装着されており、塑性状態の成形材料をモールド２６に注入できるようになっている。
ＴＰＥなどの成形材料をモールド２６に注入した後、表面２０からモールドを取り除くと、図２に示すように、その場成形キャップ３４が残る。キャップ３４は、シール外周内において表面２０に対してシールされ、締結端部１６及び鍔部１８に、防食及びＥＭＥ効果をもたらす。
成形シーリングキャップ３４の例示的な実施形態では、デュポン社より入手可能な熱可塑性ポリエーテルエステルブロック共重合体であるHytel（登録商標）、ダイキン工業株式会社より入手可能な熱可塑性フルオロエラストマーであるダイエル（商標）熱可塑性プラスティックT-530、及び、Kraiburg社より入手可能なHIPEX（登録商標）などのＴＰＥ材料が用いられる。ジェット燃料及び他の作動油に対して良好な耐性を呈し、且つ、良好な低温性能（低いガラス転移温度）、低い融点、及び、プライマーに対する良好な接着性を有する、上記に匹敵する配合物を使用することもできる。代替の実施形態において、ポリアリールスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、又は、ブチルエチレンプロピレン（ＦＰＤＭ）、フルオロカーボン（ＦＫＭ）、ネオプレン（ＣＲ）、ニトリルブタジエン（ＮＢＲ）、シリコーン（ＶＭＱ）、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）、ウレタンなどの熱硬化性エラストマー、又は、ダイキン工業株式会社から入手可能なダイエルG558などの硬化剤活性化フルオロエラストマーを使用してもよい。熱硬化性エラストマーは、高温で硬化するには、より長い時間がかかり、材料をその場で成形するためには余分の時間及び追加の設備／工具が必要となるかもしれない。
ＴＰＥ材料は、ＥＭＥ防護に特に好適である。ＥＭＥ事象によって起こるスパークは、ＴＰＥを一時的に溶解する可能性が高く、ＴＰＥは、再固化することによって、自己シール及び自己修復するからである。
表面に対する成形キャップ３４のシール性を向上させるため、シール外周２８内において表面にプライマー又は接着剤を塗布することによって、表面２０の処理を行ってもよい。金属製表面又は熱可塑性表面用の例示的な一実施形態では、表面処理剤として、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン、又は、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、又はそれらの組み合わせに対する樹脂の溶液、例えば、Dow Chemical社から入手可能なThixon 406が用いられる。
様々な実施形態において、モールド２６は、機械加工されたものであってもよいし、デュポン社から入手可能なテフロン（登録商標）などのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）もしくはこれに類する非粘着性材料、又はステンレス鋼などの金属から、それ自体が成形されたものであってもよい。モールド２６の例示的な一実施形態を図３Ａ及び図３Ｂに詳しく示している。単純な筒状の部材３６の内部に、シーリングキャップ用モールドとしての内部キャビティ３８が形成されている。内部キャビティ３８と連通する注入口４０が、筒状部材の上面４１に設けられており、射出システム３０（図１に示す）が取り付けられるようになっている。モールドを完全に満たすことができるように、オーバーフローポート（overflow port）４２が設けられている。オーバーフローポート４２は、筒状部材の下側シール周壁４４に形成された開口として示されている。成形材料のオーバーフローによって、スプルー（sprue）が形成されるが、これらはモールドを固定したり、除去を妨げたりするものではなく、硬化後にキャップ３４から容易に切り取ることができる。モールドにＰＴＦＥ又はこれに類する材料を用いることによって、モールドキャビティの表面を「非粘着性（non-stick)」の表面とすることができ、これによって、射出プロセスの完了後のシーリングキャップからのモールドの取り外しが良好に行える。ステンレス鋼又は他の金属製のモールドの場合は、例えばHenkel Adhesives International社から入手可能なFrekote（登録商標）700-NC（商標）などの離型剤を、モールドを表面２０に係合させる前にキャビティ内に噴霧してもよい。垂直壁と表面２０との間の移行部分を改善するためのキャビティのベル（bell）形状などのモールド細部も設けられている。より良好な接合性が得られるようにキャップを表面に接着するためには、成形キャップ３４は、図１及び図２に概括的に示すように、フラットな表面２０へと徐々に移行する形状を有するべきである。
様々な実施形態において、シーリングキャップを成形するためには、モールド２６及び射出システム３０を、留め具上に手作業で配置してもよいし、留め具上にモールドを配置するためのロボット要素を有する自動システムを用いてもよい。ロボットシステムを使用することによって、成形材料注入及び予備硬化の間、モールドに対して高い圧力を付与してシールを維持することによって、表面に対するシーリングキャップの接着性を高めることができる。留め具が互いに近接するアレイのセットとして構造体に配置されている場合、複数の留め具を覆うための複数のキャビティをモールドに設けて、１回の工程でシーリングキャップ用の注入を行えるようにしてもよい。
ロボット使用例の成形システムの一実施態様を図４に示している。ロボット５０は、構造体１０の留め具１４上にモールド２６を配置するために使用される。例示的な一実施形態においては、視覚システム５２及び制御装置５４を用いて、モールド２６を自動で配置し、構造体１０に対してモールドをシールして、成形材料を射出システム５６に注入する。
図５に示すように、本明細書に開示の実施形態によれば、構造体の留め具上にシーリングキャップをその場成形する方法が提供される。ステップ５００において、挿入された留め具又は留め具のアレイを選択する。ステップ５０２において、表面における留め具の露出部分の周囲にシール外周を規定するべく、留め具上にモールドを配置する。必要な場合には、５０４において、離型剤又はこれに類する材料を、モールドのキャビティに導入する。また、ステップ５０６において、表面に対する成形材料の接着及びシール性を向上させるために、モールドの配置前に、シール外周内においてプライマー又は接着剤を塗布してもよい。ある種の実施形態においては、モールドの配置は手作業で行ってもよいし、他の実施形態においては、ロボットシステムを用いてモールドの操作を自動化してもよい。ステップ５０８において、モールドのキャビティに連通するように構成された射出システムを用いて、キャビティに成形材料を注入する。例示的な実施形態において、成形材料は、熱可塑性ポリエーテルエステルブロック共重合体、熱可塑性フルオロエラストマー、ポリアリールスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）などのＴＰＥ、又は、熱硬化性エラストマーである。成形材料の注入の後、ステップ５１０において、予備硬化期間が設けられる。（ＴＰＥの場合は、これは単なる冷却期間であり、いかなる化学反応も伴わないため、化学的架橋のための実際の硬化が必要な熱硬化性材料の場合とは異なり、非常に短い時間である。）次に、ステップ５１２において、成形されたシーリングキャップを残して、表面からモールドを取り除く。ステップ５１４において、完成したキャップが残るように、不要なスプルーを取り除く。次に、必要な場合には、ステップ５１６において、完全に硬化させる。
留め具シーリングキャップのその場成形のための本明細書における開示の例を、図６に示すように航空機の製造及びサービス方法６００に関連させ、また、図７に示すように航空機６０２に関連させて説明する。生産開始前の工程として、例示的な方法６００は、航空機６０２の仕様決定及び設計６０４と、材料調達６０６とを含む。生産中の工程としては、航空機６０２の部品及び小組立品（subassembly）の製造６０８及びシステムインテグレーション６１０が行われる。その後、航空機６０２は、例えば認証及び納品６１２の工程を経て、就航６１４に入る。顧客によるサービス中は、航空機６０２は、定例のメンテナンス及びサービス６１６（変更、再構成、改装なども含む場合もある）のスケジュールに組み込まれる。
方法６００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実行または実施することができる。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム（majority-system）下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体（military entity）、サービス組織（service organization）などであってもよい。
図７に示すように、例示的な方法６００によって製造される航空機６０２は、例えば、複数のシステム７２０と内装７２２とを備えた機体７１８を含む。ハイレベルシステム７２０の例は、駆動系７２４、電気系７２６、油圧系７２８、環境系７３０のうちの１つ又は複数を含む。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。
本明細書において具体化された留め具キャップのその場成形のための装置及び方法は、製造及びサービス方法６００における、１つ又はそれ以上のどの段階において採用してもよい。例えば、製造工程６０８で作製される部品又は小部品は、航空機６０２のサービス中に作製される部品又は小部品と同様に作製することができる。また、装置、方法、及びこれらの組み合わせの１つ又は複数の態様を、製造工程６０８及び６１０で用いることによって、例えば、実質的に航空機６０２の組み立て速度を速めたりコストを削減したりすることができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせの１つ又は複数を、航空機６０２のサービス中に、例えば、メンテナンス及びサービス６１６に用いてもよいが、これに限定されない。
本開示の様々な実施形態を、特許法で求められる要件に従い詳細に説明したが、当業者であれば、本明細書に開示した特定の実施形態に対する改変及び代替例を認識するであろう。そのような改変は、以下の特許請求の範囲に規定される本開示の範囲及び意図に含まれるものである。

Claims (15)

  1. 成形材料の導入口を有するモールドを準備する工程と、
    前記モールドを留め具上に配置する工程と、
    前記モールドを構造体に対してシールする工程と、
    前記モールドに成形材料を注入する工程と、
    留め具上に形成され且つ前記構造体に対してシールされたその場成形キャップが残るように、前記モールドを取り除く工程と、を含む、留め具をシールする方法。
  2. 前記成形材料は、前記留め具及び前記構造体に接着する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記モールドは、前記構造体の表面における前記留め具の周囲にシール外周を規定するものであり、前記成形キャップは、前記シール外周内において前記表面に対してシールされる、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記成形材料は、熱可塑性エラストマーである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
  5. 前記熱可塑性エラストマーは、熱可塑性ポリエーテルエステルブロック共重合体、熱可塑性フルオロエラストマー、ポリアリールスルホン（ＰＳＵ）、又はポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）の組から選択される、請求項４に記載の方法。
  6. 前記成形材料は、熱硬化性エラストマーである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
  7. 前記熱硬化性エラストマーは、ブチルエチレンプロピレン（ＦＰＤＭ）、フルオロカーボン（ＦＫＭ）、ネオプレン（ＣＲ）、ニトリルブタジエン（ＮＢＲ）、シリコーン（ＶＭＱ）、スチレンブタジエン（ＳＢＲ）、又は、ウレタンの組から選択される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記モールドは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）によって形成される、請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法。
  9. 前記モールドを配置する前に、モールド内のキャビティ内に離型剤を噴霧することをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
  10. 前記モールドを配置する前に、前記表面に表面処理剤を塗布することをさらに含む、請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法。
  11. 前記成形材料を注入する工程は、手持ち式ガンで行われる、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
  12. 前記モールドを配置する工程及び前記モールドをシールする工程は、自動で行われる、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
  13. 前記留め具は、留め具のアレイを含み、前記モールドを配置する工程は、前記留め具のアレイ上に前記モールドを配置することを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
  14. 構造体における留め具を収容できるサイズのキャビティと、前記キャビティに連通して、成形材料を入れるための導入口と、前記留め具を囲む前記構造体の表面にシール外周を規定するサイズとされた周縁シール面と、を有するモールド内に、その場成形された成形材料を含み、
    前記成形材料は、前記表面及び前記留め具に接着されており、前記シール外周内の前記表面にシールされている、構造体における留め具用のシーリングキャップ。
  15. 前記成形材料は、熱可塑性エラストマーである、請求項１４に記載のシーリングキャップ。
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