JP2020006942A - フロアパネル組立体、およびフロアパネル組立体の作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 改良されたフロアパネル組立体を提供する。【解決手段】 航空機の加熱式フロアパネルは、繊維基材と高温熱可塑性樹脂からなる構造層を含む。構造層は、他の組立体の構成要素を損傷から保護し、応力を吸収するために加熱式フロアパネル組立体の中にある。加熱式フロアパネル組立体は、加熱要素を備える加熱層と、衝撃層と、組立体に及ぼされるせん断応力を取り込むコア層とをさらに含む。【選択図】図１

Description

本出願は一般に、航空機のための加熱式フロアパネル組立体に関し、具体的には加熱式フロアパネル組立体のための構造層に関する。

加熱式フロアパネルは、低温の床下の温度の影響を和らげ、快適な客室の温度を維持するために航空機の中で使用されることが多い。フロアパネルは典型的には、例えば格子状のパターンで配置された、航空機の構造体によって支持される。フロアパネルは、パネルの上に載っている人間及び物体の重量を支えるのに十分な構造上の完全性を有している。構造層は典型的には、ハイヒールによる穿孔、落下した物体からの破片、引きずられる荷物によるひっかき傷及び／または他のフロアの往来に関連する危険から周りを囲む層（例えば重量を支持する層及び／または加熱層）を保護し、緩衝するためにパネルの中央を形成する。

構造層は、事前に含浸させた繊維で作成することができ、この場合繊維基材は、樹脂によって含浸されている。典型的には使用される樹脂は、エポキシまたはフェノール樹脂である。但しこのようなタイプの材料によって構築された構造層は、炎、煙及び毒性要件を満たさないため、エポキシまたはフェノール樹脂により事前に含浸させた繊維は、加熱式フロアパネルにおいて衝撃層として使用するためには改変されるのが一般的である。改変されたエポキシまたはフェノール樹脂により事前に含浸させた繊維は典型的には、全体の機械的な強度がより低くなる。よって、炎、煙及び毒性要件を満たし、かつ十分な機械的強度も有する代替のタイプの構造層が必要とされる。

従って、本発明は、改良されたフロアパネル組立体およびその作成方法を提供する。

一実施形態において、フロアパネル組立体は、底面と、頂面とを有する。フロアパネル組立体は、底面に隣接する構造層の第１のスタックと、構造層の第１のスタックに隣接するコア層と、コア層と頂面との間の構造層の第２のスタックと、コア層と頂面との間の加熱層と、加熱層と頂面との間の衝撃層とを含む。構造層の第１のスタックは、第１の繊維基材（fiber matrix）と、第１の繊維基材に浸透する第１の高温熱可塑性樹脂とを含む。コア層は、せん断応力を吸収する。構造層の第２のスタックは、第２の繊維基材と、第２の繊維基材に浸透する第２の高温熱可塑性樹脂とを含む。構造層の第１のスタック、コア層、構造層の第２のスタック、加熱層及び衝撃層は、共に接合される。

異なる実施形態では、フロアパネル組立体の作成方法は、衝撃層と、加熱器と、コア層と、１つまたは複数の構造層であって各々の層が高温熱可塑性物質を事前に含浸させた繊維を含む１つまたは複数の構造層と、を揃えることと、衝撃層と、加熱器と、コア層と、１つまたは複数の構造層を共に接合することとを含む。

加熱式フロアパネル組立体の概略図である。 第２の実施形態における加熱式フロアパネル組立体の概略図である。

本発明は、複合パネルを対象としており、より具体的には、高温熱可塑性樹脂を含浸させた構造層を有する加熱式フロアパネルを対象としている。構造層は、従来の接着剤の代わりに高温熱可塑性物質が含浸した繊維の網目組織を含む。パネルは、衝撃層と、組立体を支持するコア層と、加熱要素を中に含む加熱層とをさらに含む。高温熱可塑性樹脂を含浸させた構造層は、炎、煙及び毒性要件（ＦＳＴ）を満たし、高い機械的強度も維持する。

図１は、底面１２と、頂面１４とを有する加熱式フロアパネル組立体１０の概略図である。組立体１０は、構造層の第１のスタック１６と、コア層１８と、構造層の第２のスタック２０と、加熱層２２と、衝撃層２４とを中に含む。

組立体１０の底面１２は、航空機に装着され、頂面１４は、加熱される必要がある航空機の客室内部または他のフロア領域に面している。構成要素１６，１８，２０，２２及び２４は、底面１２と、頂面１４との間に配置される。構造層の第１のスタック１６は、底面１２に付着される。コア層１８は、底面１２と反対側で構造層の第１のスタック１６に付着される。構造層の第２のスタック２０は、構造層の第１のスタック１６と反対側でコア層１８に付着される。加熱層２２は、コア層１８と反対側で構造層の第２のスタック２０に付着される。衝撃層２４は、構造層の第２のスタック２０と反対側で加熱層２２に付着される。衝撃層２４は、頂面１４に面している。

構造層のスタック１６及び２０は、組立体１０に対する補強を提供する。構造層のスタック１６及び２０は、補強ポリマーであってよく、例えば高温熱可塑性物質を含浸させたカーボンファイバまたはファイバガラスなどであり得る。構造層のスタック１６及び２０の各々は、例えば構造層を形成するために選ばれた材料または補強のための特定の要求に応じて単一の層または複数の層のスタックを含む場合がある。追加の及び／または代替の構造層が、他の実施形態では追加される場合もある。

構造層１６及び２０の樹脂は、従来のエポキシまたはフェノール樹脂とは対照的にポリエーテルイミド（ＰＥＩ）またはポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの高温熱可塑性物質である。高温熱可塑性物質（高性能の熱可塑性物質としても知られる）は、１５０°Ｃから４００°Ｃまでの作用温度を有し、上昇した高温においての物理的特性、寸法安定性及び電気的な特徴のかなりの保持力を有する。よって高温熱可塑性物質は、より高い加熱撓み温度、ガラス転移温度及び連続使用温度を有する。加えて、高温熱可塑性物質はまた、大抵の他のポリマーよりも優れた耐化学性を提供する。高温熱可塑性物質は、強化された機械的特性、損傷に対する抵抗力を有し、再利用可能であることが知られている。

一例として、ＰＥＥＫは、高温用途において優れた耐機械性及び耐化学性を包含する。ＰＥＥＫは、９０〜２００ＭＰａの引張り係数強度、３４３°Ｃの溶解温度及び１．３２ｇ／ｃｍ³の密度を有する。同様に、ＰＥＩは、傑出して高い耐熱性、高い強度、剛性及び耐化学性を提供する。ＰＥＩは、９６〜１９０ＭＰａの引張り係数強度、２１７°Ｃを超える溶解温度及び１．２７ｇ／ｃｍ³の非晶密度を有する。

構造層１６及び２０における樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル、ポリウレタンまたはポリアミドイミドであってよい。構造層１６及び２０は、事前に含浸されており、これは構造層１６及び２０の繊維基材（fiber matrix）は、フロアパネル組立体１０の組み立てより前に高温熱可塑性樹脂によって満たされることを意味している。構造層１６及び２０に対して少なくとも１０％の伸長を伴う樹脂を利用することは、構造層１６及び２０の幾何学形状及び形態に可撓性を与えることを意味する。

コア層１８は、組立体１０に衝撃抵抗性を与えるとともに、フロアパネル組立体１０を強化するための剪断荷重を担う。コア層１８は、一例の実施形態では、アルミニウムなどの拡張されたハニカム金属材料から形成されてよく、さらにハニカム構造で配置される場合がある。あるいは、コア層１８は、発泡ハニカムポリマー（expanded honeycomb polymer）、アラミド（例えばＫｅｖｌａｒ（登録商標）またはＮｏｍｅｘ（登録商標））など、ならびに連続気泡または独立気泡ポリマー発泡体から形成される場合がある。一般的に言えば、金属のコア層は、ポリマー製のコア層より熱伝導性が高くなる。

加熱層２２は加熱層２２上に、またはその中に埋め込まれた電気的な加熱要素（図示せず）を含むことができる。加熱要素は、例えば金属材料、正の温度制御（ＰＴＣ）セラミック、ＰＴＣポリマーまたはカーボン同素体材料、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）加熱器などから形成された耐熱性の要素であってよい。加熱要素は、エッチングされたホイル、ワイヤまたはプリントされたインク要素であってよい。他の好適な加熱要素も本明細書で企図される。加熱層２２は、例えば航空機の客席またはコックピット内に設置され得る、組立体１０の頂面１４の温度を制御するために使用することができる。ある特定の実施形態において、加熱要素は、加熱層２２の全領域にわたって延在する場合がある。他の実施形態では、加熱要素は、組立体１０の縁部に沿った流体の流失から、及び縁部における損傷から要素を保護するために加熱層２２の縁部から任意の距離に差し込まれる場合もあり、このようなケースでは、加熱要素は、電極またはワイヤを介して電源に電気的に接続される。

衝撃層２４は、繊維基材と、樹脂の両方を含有する。衝撃層２４の繊維基材は、ファイバガラスまたはカーボンファイバ材料で作成されてよい。他の好適な高い強度で低密度の材料も本明細書で企図される。衝撃層２４は典型的には、フェノール、エポキシ、ポリウレタン、シアネートエステルまたはビスマレイミド樹脂などの樹脂によって浸透される。衝撃層はまた、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル、ポリウレタンまたはポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂で含浸される場合もある。構造層で使用されるものと同一の樹脂を衝撃層でも使用することは、製造目的のために有益である場合もある。衝撃層２４は、フロアパネル１０の組み立てより前に樹脂によって事前に含浸させることができる。衝撃層２４は、フロアパネル１０の頂面１２に近接して配置され、ハイヒールによる穿孔、落下した物体からの破片、引きずられる荷物によるひっかき傷及び／または他のフロアの往来に関連する危険から組立体を保護する。

高温熱可塑性樹脂の利用は、高温熱可塑性樹脂の耐久性に起因して、組立体１０がより厳しい引火性、煙及び毒性（ＦＳＴ）要件を満たすことを可能にする。米国連邦航空庁（ＦＡＡ）は、１４Ｃ．Ｆ．Ｒ．２５．８５３の下に航空機の客室の構成要素に関する厳しいＦＳＴ特徴を規定している。ピーク時の熱発生率（平方メートル辺りのキロワット）及び総熱発生率（平方メートル辺り毎分キロワット）として一般的に報告されるように、ＦＡＡの規制上のピーク時／総量的な要件の数字は６５ｋＷ／ｍ²の最高発熱量と、６５ｋＷ／ｍ²の総発熱量である。高温熱可塑性樹脂は、煙テストにおける低い煙の発生率と、低い引火性を有し、このような要件に勝っている。

組立体１０の構造層１６及び２０において高温熱可塑性樹脂を使用することには、いくつかの利点がある。高温熱可塑性物質は、高い機械的強度、高レベルの耐久性、強度、剛性、耐疲労性及び延性も有しており、穿孔や損傷からフロアパネル組立体を十分に保護する。加えて、高温熱可塑性物質は、化学物質、溶剤、放射線及び熱に対する高い耐性を示し、暴露される際もその形状が崩れたり、失われたりすることがない。高温熱可塑性樹脂を利用することは、壊れた衝撃層を容易に修理することを可能にし、樹脂を、そのような修理のために使用することができる。

図２は、加熱式フロアパネル組立体２６の概略図である。組立体２６は、図１の組立体１０と同一の多くの構成要素を有するが、異なる構成で配列されている。

組立体１０でのように組立体２６の底面１２は、航空機に固定され、頂面１４は、航空機の客室または加熱される必要がある他のフロア領域の内部に面している。構成要素１６〜２４は、底面１２と、頂面１４との間に配置される。構造層の第１のスタック１６は、底面１２に付着される。コア層１８は、底面１２と反対側で構造層の第１のスタック１６に付着される。

しかしながら加熱層２２は、構造層の第１のスタック１６と反対側でコア層１８に付着される。これが理由で、構造層の第２のスタック２０は、コア層１８と反対側で加熱層２２に付着され、衝撃層２４は、構造層の第２のスタック２０に直接付着される。衝撃層２４は、頂面１４に面している。

高温熱可塑性樹脂を含浸させた構造層は、炎、煙及び毒性要件（ＦＳＴ）を満たし、高い機械的強度も維持する。詳細には、高温熱可塑性樹脂による構造層は、煙テストにおける低い煙の発生率と、低い引火性を有する。したがってこのような衝撃層は、高い機械的強度を維持しつつ、エポキシまたはフェノールによる構造層に取って代わることができる。

最後に、高温熱可塑性物質による構造層は環境に優しい。高温熱可塑性物質は、複数回再成形される能力を保持しており、寸法の完全性及び引っ張り強度をなおも維持しつつ、リサイクルまたは再利用することができる。

（可能な実施形態の検討）
以下は、本発明の可能な実施形態の非排他的な説明である。

フロアパネル組立体は、底面と、頂面とを有する。フロアパネル組立体は、底面に隣接する構造層の第１のスタックと、構造層の第１のスタックに隣接するコア層と、コア層と頂面との間の構造層の第２のスタックと、コア層と頂面との間の加熱層と、加熱層と頂面との間の衝撃層とを含む。構造層の第１のスタックは、第１の繊維基材と、第１の繊維基材に浸透する第１の高温熱可塑性樹脂とを含む。コア層は、せん断応力を吸収する。構造層の第２のスタックは、第２の繊維基材と、第２の繊維基材に浸透する第２の高温熱可塑性樹脂とを含む。構造層の第１のスタック、コア層、構造層の第２のスタック、加熱層及び衝撃層は、共に接合される。

前述の段落の組立体は任意選択で、以下の特徴、構成及び／または追加の構成要素の内の任意の１つまたは複数を追加で及び／または代替で含む。

第１の繊維基材及び第２の繊維基材は、ファイバガラスまたはカーボンファイバを含む。

第１の高温熱可塑性樹脂及び第２の高温熱可塑性樹脂は、２００°Ｃを超える作用温度を有する。

第１の高温熱可塑性樹脂及び第２の高温熱可塑性樹脂は、１５０°Ｃから４００°Ｃの間の溶融点を有する。

第１の高温熱可塑性樹脂及び第２の高温熱可塑性樹脂は、５５〜１１０ＭＰａの引っ張り強度を有する。

第１の高温熱可塑性樹脂及び第２の高温熱可塑性樹脂は、１．０から１．５ｇ／ｃｍ³の密度を有する。

第１の高温熱可塑性樹脂及び第２の高温熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート（アクリル酸）、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン及びポリアミドイミドから成る群から選択される。

コア層はハニカム構造の高密度金属材料を含む。

コア層は、発泡ハニカムポリマー、連続気泡ポリマー発泡体または独立気泡ポリマー発泡体を含む。

加熱層は、金属材料、正の温度制御（ＰＴＣ）セラミック、ＰＴＣポリマーまたはカーボン同素体材料を含む。

衝撃層は、強化ポリマー基材（reinforced polymer matrix）を含む。

強化ポリマー基材は、構造用樹脂（structural resin）が含浸された衝撃繊維基材（impact fiber matrix）を含む。

衝撃繊維基材は、カーボンファイバまたはファイバガラスである。

構造用樹脂は、エポキシ、ポリウレタン、フェノール、シアネートエステルまたはビスマレイミドである。

加熱層は、衝撃層に隣接している。

加熱層は、コア層に隣接している。

構造層の第１のスタック及び構造層の第２のスタックは、少なくとも１０％の伸長（elongation）を有する。

構造層の第１のスタック及び構造層の第２のスタックは、少なくとも２０％の伸長を有する。

フロアパネル組立体の作成方法は、衝撃層と、加熱器と、コア層と、１つまたは複数の構造層であって、各々の層が高温熱可塑性物質を事前に含浸させた繊維を含む、１つまたは複数の構造層とを揃えることと、衝撃層、加熱器、コア層及び１つまたは複数の構造層を共に接合することとを含む。

先の段落の方法は、追加として及び／または代替として、以下の特徴、構成、及び／または追加の構成要素のうちのいずれか１つ以上を任意選択で含み得る。

衝撃層を接合することは、積層、熱溶接またはレーザ溶接を含む。

本発明を例示の実施形態（複数可）に関して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、また均等物をその要素に対して置き換えることができることを当業者ならば理解するであろう。加えて、本発明の必須の範囲から逸脱することなく、多くの修正を行って特定の状況または材料を本発明の教示に適合させてもよい。したがって、本発明は、開示される特定の実施形態（複数可）に限定されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内に収まる全ての実施形態を含むことが意図されている。

Claims (20)

1. 底面と、頂面とを有するフロアパネル組立体であって、
   前記底面に隣接する構造層の第１のスタックであって、
   第１の繊維基材と、
   前記第１の繊維基材に浸透する第１の高温熱可塑性樹脂と、
   を含む、前記構造層の第１のスタックと、
   前記構造層の第１のスタックに隣接し、せん断応力を吸収するコア層と、
   前記コア層と前記頂面との間の構造層の第２のスタックであって、
   第２の繊維基材と、
   前記第２の繊維基材に浸透する第２の高温熱可塑性樹脂と、
   を含む前記構造層の第２のスタックと、
   前記コア層と前記頂面との間の加熱層と、
   前記加熱層と前記頂面との間にある衝撃層と、を備え、
   前記構造層の第１のスタック、前記コア層、前記構造層の第２のスタック、前記加熱層及び前記衝撃層が、共に接合される、フロアパネル組立体。
2. 前記第１の繊維基材及び前記第２の繊維基材は、ファイバガラスまたはカーボンファイバを含む、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
3. 前記第１の高温熱可塑性樹脂及び前記第２の高温熱可塑性樹脂は、２００°Ｃを超える作用温度を有する、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
4. 前記第１の高温熱可塑性樹脂及び前記第２の高温熱可塑性樹脂は、１５０°Ｃ〜４００°Ｃの溶融点を有する、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
5. 前記第１の高温熱可塑性樹脂及び前記第２の高温熱可塑性樹脂は、５５〜１１０ＭＰａの引っ張り強度を有する、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
6. 前記第１の高温熱可塑性樹脂及び前記第２の高温熱可塑性樹脂は、１．０〜１．５ｇ／ｃｍ³の密度を有する、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
7. 前記第１の高温熱可塑性樹脂及び前記第２の高温熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリールエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート（アクリル酸）、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン及びポリアミドイミドから成る群から選択される、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
8. 前記コア層は、ハニカム構造の高密度金属材料を含む、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
9. 前記コア層は、発泡ハニカムポリマー、連続気泡ポリマー発泡体または独立気泡ポリマー発泡体を含む、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
10. 前記加熱層は、金属材料、正の温度制御（ＰＴＣ）セラミック、ＰＴＣポリマーまたはカーボン同素体材料を含む、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
11. 前記衝撃層は、強化ポリマー基材を含む、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
12. 前記強化ポリマー基材は、構造用樹脂を含浸させた衝撃繊維基材を含む、請求項１１に記載のフロアパネル組立体。
13. 前記衝撃繊維基材は、カーボンファイバまたはファイバガラスである、請求項１２に記載のフロアパネル組立体。
14. 前記構造用樹脂は、エポキシ、ポリウレタン、フェノール、シアネートエステルまたはビスマレイミドである、請求項１２に記載のフロアパネル組立体。
15. 前記加熱層は、前記衝撃層に隣接している、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
16. 前記加熱層は、前記コア層に隣接している、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
17. 前記構造層の第１のスタック及び前記構造層の第２のスタックは、少なくとも１０％の伸長を有する、請求項１に記載のフロアパネル組立体。
18. 前記構造層の第１のスタック及び前記構造層の第２のスタックは、少なくとも２０％の伸長を有する、請求項１７に記載のフロアパネル組立体。
19. 衝撃層と、加熱器と、コア層と、１つまたは複数の構造層であって、各々の層が高温熱可塑性物質を事前に含浸させた繊維を含む、前記１つまたは複数の構造層と、を揃えることと、
    前記衝撃層、前記加熱器、前記コア層及び前記１つまたは複数の構造層を共に接合することと、
    を備えた、フロアパネル組立体の作成方法。
20. 前記衝撃層を接合することは、積層、熱溶接またはレーザ溶接を含む、請求項１９に記載の方法。

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