JP5416591B2 - フィルム接着結合の装置およびプロセス - Google Patents

Description

発明の背景

チタンと複合航空飛行体の床ばりとの結合のように、２つの部材を互いに結合するために使用される、幅広いさまざまな結合プロセスが知られている。先行技術の方法のうちのいくつかは、低温硬化型ペースト状接着剤を利用する。しかしながら、これらのペースト状接着剤は、許容できる剥離強度を提供せず、および／または他のタイプの問題に遭遇することが多い。他の先行技術の方法は、フィルム接着剤を利用するオートクレーブ通気孔付バッグ硬化の使用を利用している。しかしながら、これらの方法は、望ましくない結合ラインの空隙率、費用のかかるバギングおよびオートクレーブ硬化サイクルの使用、長い結合時間、難しい結合工程、低強度の結合ライン、結合の失敗の増加、および／または他のタイプの問題のような、１つ以上の問題をこうむることが多い。

先行技術の装置および／またはプロセスのうちの１つ以上に関係付けられる１つ以上の問題を解決するかまたは低減させる、フィルム接着結合プロセスおよび／またはフィルム接着結合された装置が必要とされる。

本発明の１つの観点において、２つの部材を互いに結合する方法は、長さおよび幅の寸法をそれぞれ有する第１および第２の部材を提供することを含む。長さの寸法のそれぞれは、幅の寸法のそれぞれよりも実質的に大きい。第１のフィルム接着剤の層が第１の部材の一面を実質的にカバーするように、第１のフィルム接着剤の層が固体状態で置かれる。第２のフィルム接着剤の積層が第１のフィルム接着剤の層の一面の長さ方向の中心部分に沿って位置合わせされるように、第２のフィルム接着剤の積層が別の固体状態で置かれる。この位置合わせの間に、積層は、層の一面のかなりの部分をカバーしない。層および積層が第１および第２の部材の間に配置されるように、第２の部材は第１の部材に位置合わせされる。積層を押し付けて、層の一面を実質的にカバーするために、圧力が加えられて、第１および第２の部材が互いに押し付けられて、積層が高さ方向に圧縮され、幅方向に広げられる。このような方法において、層と第１の部材の一面との間から、気泡が実質的に除去される。第１および第２の部材を互いに結合するために、圧力をかけている間に、前記第１および第２の部材が加熱されて、層および積層のそれぞれが液体状態に変化する。

本発明の別の観点において、２つの部材を互いに結合する異なる方法が提供される。方法は、長さおよび幅の寸法をそれぞれ有する第１および第２の部材を提供することを含む。長さの寸法のそれぞれは、幅の寸法のそれぞれよりも実質的に大きい。フィルム接着剤の積層が第１の部材の一面の長さ方向の中心部分に沿って位置合わせされるように、フィルム接着剤の積層が固体状態で置かれる。この位置合わせ中に、積層は第１の部材の一面のかなりの部分をカバーしない。積層が第１および第２の部材の間に配置されるように、第２の部材は前記第１の部材に位置合わせされる。積層を押し付けて、第１の部材の一面を実質的にカバーするために、低圧が加えられて、第１および第２の部材が互いに押し付けられて、積層が高さ方向に圧縮され、幅方向に広げられる。実質的に空隙がない結合ラインにより第１および第２の部材を互いに結合するために、低圧をかけている間に、第１および第２の部材が加熱されて、積層が液体状態に変化する。

本発明のさらなる観点において、互いに結合されている第１および第２の部材を備える装置が提供される。第１および第２の部材が互いに結合されたとき、第１のフィルム接着剤の層が前記第１の部材の一面を実質的にカバーするように、第１のフィルム接着剤の層が固体状態で置かれている。第２のフィルム接着剤の積層が層の一面の長さ方向の中心部分に沿って位置合わせされるように、第２のフィルム接着剤の積層が別の固体状態で置かれている。この位置合わせ中に、積層は層の一面のかなりの部分をカバーしていない。層および積層が第１および第２の部材の間に配置されるように、第２の部材は前記第１の部材に位置合わせされている。圧力が加えられて、第１および第２の部材が互いに押し付けられて、積層が高さ方向に圧縮され、幅方向に広げられている。このような方法において、積層が押し付けられて、層の一面が実質的にカバーされ、層と第１の部材の一面との間から気泡が実質的に除去されている。圧力をかけていた間に、第１および第２の部材が加熱されて、層および積層のそれぞれが液体状態に変化し、それにより、第１および第２の部材が互いに結合されている。

本発明のこれらのおよび他の特徴、観点および利点は、図面、詳細な説明および特許請求の範囲に関連して、より理解されるようになるだろう。

図１は、本発明の下で２つの部材を互いに結合する方法の１つの実施形態中に用いられるさまざまなコンポーネントの使用を示す、透視画法の、組み立てられていない図を描写する。

本発明の詳細な説明

以下の詳細な説明は、本発明を実行する現在考えられる最良のモードに関するものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって最もよく規定されることから、説明は、限定的な意味と理解されるべきではなく、本発明の一般的な原理を説明する目的のために実施されるにすぎない。

本発明の下で２つの部材を互いに結合する方法の１つの実施形態において、図１中で描写したように、第１の部材１０、固体状態の第１のフィルム接着剤の層１２、固体状態の第２のフィルム接着剤の積層１４、および固体状態の第２の部材１６は、加圧デバイス１８中に置いてもよい。第１の部材１０および第２の部材１６のいずれもが、チタンまたは積層複合物からできていてもよい。他の実施形態において、第１の部材１０および第２の部材１６は、任意のタイプの金属、複合物、または他の材料からできていてもよい。第１の部材１０および第２の部材１６のそれぞれは、長さの寸法２０および２２を有しており、長さの寸法２０および２２は、それらの幅の寸法２４および２６よりも実質的に大きい。幅の寸法２４および２６のうちの１つ以上は、１０インチよりも小さくてもよく、一方、長さの寸法２０および２２のうちの１つ以上は、必要に応じた長さであってもよい。１つの実施形態において、長さの寸法２０および２２は、幅の寸法２４および２６の少なくとも２倍であってもよい。他の実施形態において、他の幅および長さの寸法を利用してもよい。第１の部材１０および第２の部材１６は、航空飛行体および宇宙飛行体の部品のうちの少なくとも１つを備えていてもよい。他の実施形態において、第１の部材１０および第２の部材１６は、自動車部品、エンジン部品、および他のタイプの部品のような、航空機でない部品を備えていてもよい。さらに他の実施形態において、第１の部材１０および第２の部材１６は、他のタイプ、サイズ、構成、および／または方向を備えていてもよい。

第１のフィルム接着剤の層１２は、エポキシ樹脂を含んでいてもよく、繊維が組み込まれていてもよく、第１の部材１０の一面２８を実質的にカバーするように置かれていてもよい。層１２は、０．００５インチないし０．０１５インチの範囲の厚さＴを有していてもよい。他の実施形態において、層１２は、異なる材料から成り立っていてもよく、第１の部材１０の一面２８に関して異なる方向および配置に位置していてもよく、異なる形状およびサイズを有していてもよい。第２のフィルム接着剤の積層１４は、実質的に０．０４インチないし０．１０インチの範囲の高さ２７と、実質的に０．２５インチないし１インチの範囲の幅２９とを有していてもよい。第２のフィルム接着剤の積層１４は、エポキシ樹脂からできていてもよく、繊維が組み込まれていなくてもよく、層１２の一面３２の長さ方向の中心部分３０に沿って位置合わせされるように置かれてもよい。この位置合わせにおいて、積層１４は、層１２の一面３２のかなりの部分３４をカバーしなくてもよい。層１２および積層１４が、第１の部材１０および第２の部材１６の間に配置されるように、第２の部材１６を第１の部材１０に関して位置合わせさせてもよい。他の実施形態において、積層１４は、異なる材料から成り立っていてもよく、層１２の一面３２に関して異なる方向および配置に位置していてもよく、異なる形状およびサイズを有していてもよい。

加圧デバイス１８を利用して低圧が加えられて、第１の部材１０および第２の部材１６が互いに押し付けられて、積層１４が高さ２７において圧縮され、幅２９に広げられてもよい。圧力は、実質的に、１平方インチ当たり１ポンドないし１平方インチ当たり５ポンドの範囲であってもよい。他の実施形態において、圧力は、異なる量であってもよい。層１２の一面３２を実質的にカバーするために、圧力により積層１４を押し付けて広げてもよい。一般に、伸ばすタイプの動きにおいて第１の部材１０の一面２８に層１２を押し付けることにより、層１２の一面３２に対する、この積層１４の広がる動きは、層１２と第１の部材１０の一面２８との間の気泡を実質的に除去する。

ともに圧縮された第１の部材１０、層１２、積層１４、および第２の部材１６を有する、加圧デバイス１８全体は、（示していない）加熱デバイス中に置かれていてもよい。第１の部材１０および第２の部材１６を互いに結合するために、第１の部材１０および第２の部材１６が加圧デバイス１８により圧力をかけられている間に、（示していない）加熱デバイスは第１の部材１０および第２の部材１６のそれぞれを加熱して、層１２および積層１４のそれぞれを固体状態から液体状態に変化させてもよい。加えられる熱は、実質的に華氏１５０度ないし華氏３５０度の範囲であってもよく、または異なる量であってもよい。（示していない）加熱デバイスは、オーブンまたは熱を加える他のタイプのデバイスを備えていてもよい。

第１のフィルム接着剤の層１２と、第２のフィルム接着剤の積層１４は、室温において百万ポアズを超える粘度を有していてもよく、熱せられた後に、粘度は実質的に、９００ないし２７００ポアズの間である。結果として、第１の部材１０および第２の部材１６を互いに結合するために、層１２と積層１４とに対して低熱を加えることより、層１２および積層１４は固体状態から液体状態に変化することが可能になる。加熱プロセス全体は、６０分ないし９０分かかってもよい。他の実施形態において、加熱プロセスは、異なる時間量がかかってもよく、層１２および積層１４は、異なる粘度を有していてもよい。即時の方法の適用の間に、オートクレーブも、バッグも、真空も利用する必要がない。実質的に気泡を有さない空隙がない結合ラインにより、即時の方法は第１の部材１０および第２の部材１６を互いに結合してもよい。結合ラインは、第１の部材１０および第２の部材１６の間の線または平面として定義してもよく、部材は結合ラインに沿って結合される。

別の実施形態において、第１および第２の部材を結合する方法は、フィルム接着剤の層を使用せず、第１および第２の部材の間にフィルム接着剤の積層を置くことだけを含んでいてもよい。積層は、部材のうちの１つの一面の長さ方向の中心部分に沿って置かれてもよく、この位置合せにおいて、積層は、部材の１つ以上の面のかなりの部分をカバーしなくてもよい。この方法の適用の間に、ここで開示した圧力、加熱、および／または他の実施形態のいずれを利用してもよい。このような方法において、部材のうちの１つの一面を実質的にカバーするために、積層を高さ方向に圧縮し、幅方向に広げてもよい。実質的に空隙がない結合ラインを有する、第１および第２の部材の間の結合を生成するために、熱を加えることにより、積層を固体状態から液体状態に変化させてもよい。

さらに別の実施形態において、実質的に空隙がない結合ラインにより互いに結合されている第１および第２の部材を備える装置が提供される。装置は、航空飛行体の一部、または航空飛行体でない他の部品を備えていてもよい。ここで開示した実施形態のうちのいくつかを利用して、第１および第２の部材は互いに結合されていてもよい。

本発明の１つ以上の実施形態は、先行技術の方法および／または装置のうちの１つ以上における、１つ以上の問題を減少させる。例えば、本発明の１つ以上の実施形態の使用は、コストを減少させ、結合時間を減少させ、部材を互いに結合することをより難しくないものにさせ、結合の強度を向上させ、結合の失敗を減少させ、ならびに／あるいは、先行技術の方法および／または装置のうちの１つ以上における他の問題を減少させる。

もちろん、先の記述は、本発明の例示的な実施形態に関し、特許請求の範囲中に示した本発明の精神および範囲から逸脱することなく修正を実施してもよいことが理解できる。

Claims (9)

1. ２つの部材を互いに結合する方法において、
   長さおよび幅の寸法をそれぞれ有する第１および第２の部材を提供し、前記長さの寸法のそれぞれは、前記幅の寸法のそれぞれよりも大きいことと、
   第１のフィルム接着剤の層が前記第１の部材の一面をカバーするように、固体状態で前記層を置くことと、
   第２のフィルム接着剤の積層が前記層の一面の長さ方向の中心部分に沿って位置合わせされるように、別の固体状態で前記積層を置き、この位置合わせ中に、前記積層は前記層の一面のかなりの部分をカバーしないことと、
   前記層および前記積層が前記第１および第２の部材の間に配置されるように、前記第２の部材を前記第１の部材に位置合わせさせることと、
   前記積層を押し付けて、前記層の一面をカバーし、前記層と前記第１の部材の一面との間の気泡を除去するために、圧力を加えて、前記第１および第２の部材を互いに押し付けて、前記積層を高さ方向に圧縮し、幅方向に広げることと、
   前記第１および第２の部材を互いに結合するために、圧力をかけている間に、前記第１および第２の部材を加熱して、前記層および前記積層のそれぞれを液体状態に変化させることとを含む方法。
2. 前記第１のフィルム接着剤の層は、繊維が組み込まれている請求項１に記載の方法。
3. 前記第１および第２のフィルム接着剤のうちの少なくとも１つは、エポキシ樹脂からできている請求項１に記載の方法。
4. ２つの部材を互いに結合する方法において、
   長さおよび幅の寸法をそれぞれ有する第１および第２の部材を提供し、前記長さの寸法のそれぞれは、前記幅の寸法のそれぞれよりも大きいことと、
   フィルム接着剤の積層が前記第１の部材の一面の長さ方向の中心部分に沿って位置合わせされるように、固体状態で前記積層を置き、この位置合わせ中に、前記積層は前記第１の部材の一面の前記幅方向のかなりの部分をカバーしないことと、
   前記積層が前記第１および第２の部材の間に配置されるように、前記第２の部材を前記第１の部材に位置合わせさせることと、
   前記積層を押し付けて、前記第１の部材の一面をカバーするために、低圧を加えて、前記第１および第２の部材を互いに押し付けて、前記積層を高さ方向に圧縮し、幅方向に広げることと、
   空隙がない結合ラインにより前記第１および第２の部材を互いに結合するために、低圧をかけている間に、前記第１および第２の部材を加熱して、前記積層を液体状態に変化させることとを含む方法。
5. 前記低圧を加えるステップは、１ｃｍ ^２ 当たり７０．２ｇないし１ｃｍ ^２ 当たり３５１．１ｇの範囲で圧力を加えることを含む請求項４に記載の方法。
6. 前記フィルム接着剤は、エポキシ樹脂からできている請求項４に記載の方法。
7. 前記第１および第２の部材は、航空飛行体および宇宙飛行体の部品のうちの少なくとも１つである請求項４に記載の方法。
8. 前記フィルム接着剤は、室温で百万ポアズを超える粘度を有しており、加熱された後に、前記粘度は９００ポアズないし２７００ポアズの間である請求項１または４に記載の方法。
9. 前記方法は、空隙がない結合ラインを有している請求項１または４に記載の方法。

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