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課題・解決手段

互に隣接する2つの部品(10,12)を位置決めして、両者間に空間を定義するようにすることと、この空間(14)の縁(16)をウェブ(18,20)でブリッジ橋絡)することと、接着剤のような流動可能な材料(30)でこの空間を充填することを含んだ方法である。ファブリック(50)が空間中に置かれるのがよく、空間(14)内には流動可能な材料(30)が引き込れられて、この材料によって含浸される。

概要

背景

概要

互に隣接する2つの部品(10,12)を位置決めして、両者間に空間を定義するようにすることと、この空間(14)の縁(16)をウェブ(18,20)でブリッジ橋絡)することと、接着剤のような流動可能な材料(30)でこの空間を充填することを含んだ方法である。ファブリック(50)が空間中に置かれるのがよく、空間(14)内には流動可能な材料(30)が引き込れられて、この材料によって含浸される。

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請求項1

2つの部品(10,12)を互に他と近付けて置いて両者間に空間(14)を定義するようにすることと、該空間(14)の縁(16)をシーリング部材(18,20)で橋絡することと、接着剤のような吸引により流動することができる材料(30)で該空間を充填することとで成るジョイントを作る方法。

請求項2

前記空間を流動することができる材料(30)で充填するのに先立って該空間内にファブリック(50)を置くことを含む請求項1記載の方法。

請求項3

接着剤のような流動することができる材料30を部品(10,12)間に導入する方法であって、この方法は2つの部品(10,12)を互に他と隣接して置いて両者間に空間(14)を定義するようにすることと、空隙内にファブリック(50)を置くことと、該空間(14)を流動することができる材料(30)で充填することとを含み、該空間(14)の縁(16)が流動することができる材料(50)の導入に先行してシーリング部材(18,20)によって橋絡されている方法。

請求項4

前記ファブリック(50)が前記空間(14)の実質的に2ないし70%を占有している請求項2もしくは3記載の方法。

請求項5

前記ファブリック(50)が前記空間(14)の実質的に30ないし60%を占有している請求項4記載の方法。

請求項6

前記ファブリック(50)はファイバレイアップを含んでいて、一方の層のファイバが他方の層のファイバと直交しているようにした請求項2ないし5のいずれか1項記載の方法。

請求項7

前記ファブリック(50)は±45度のレイアップを有している請求項6記載の方法。

請求項8

前記シーリング部材(18,20)はウェブの形態である請求項1ないし7のいずれか1項記載の方法。

請求項9

前記ウェブは可とう性のある材料から形成されている請求項1ないし8のいずれか1項記載の方法。

請求項10

前記ウェブはそれ自体が片側で接着性があって、場所に留まるものである請求項1ないし9のいずれか1項記載の方法。

請求項11

前記シーリングウェブはファブリックテープから形成されている請求項1ないし10のいずれか1項記載の方法。

請求項12

前記ファブリックテープはガラスファイバで作られている請求項11記載の方法。

請求項13

前記ファブリックテープはカーボンファイバで作られている請求項11記載の方法。

請求項14

部品(10,12)に対してシーリング部材(18,20)を置くことと、その上にシーラント、接着剤、もしくはワニスを塗ってシーリング部材(18,20)を場所に保持するようにすることとを含む請求項1ないし13のいずれか1項記載の方法。

請求項15

前記部品(10,12)のサーフェス部分(44)に前記ウェブを取付けることにより、前記空間(14)の縁(16)を橋絡することを含む請求項1ないし14のいずれか1項記載の方法。

請求項16

レリーズ層(47)を前記ジョイントの部品(10,12)に対して加えて、ジョイント部品(10,12)の分離をし易くすることを含む請求項1ないし15のいずれか1項記載の方法。

請求項17

組立ジグ内に前記部品(10,12)をマウントして、それにより両者間に空間(14)を定義するようにすることを含む請求項1ないし16のいずれか1項記載の方法。

請求項18

少なくとも一方の前記部品(10,12)は突出物(60)をその上に有していて、前記方法は該部品(10,12)を互に他と隣接して置いて両者間に空間(14)を定義するようにし、突出物(60)がこの空間(14)内に延びるようにし、流動することができる材料(30)が空間(14)内に導入されるときには突出物(60)を囲むようにする請求項1ないし17のいずれか1項記載の方法。

請求項19

部品(10,12)間に接着剤のような流動することができる材料(30)を導入する方法であって、該部品の少なくとも一方はその上に突出物(60)を有しており、この方法は2つの部品(10,12)を互に隣接して置いて両者間に空間を規定し、突出物(60)がこの空間(14)内に延びるようにし、またシーリング部材(18,20)で空間(14)の縁を橋絡してから流動することができる材料(30)の導入をして、流動することができる材料が空間(14)内に導入されるとそれが突出物(60)を囲むようにした方法。

請求項20

突出物(60)が両方の部品(10,12)上に用意されている請求項18または19記載の方法。

請求項21

前記一方の部品(10,12)上の突出物(60)は他方の部品(12,10)上の突出物(60)と交差指形である請求項18,19,20のいずれか1項記載の方法。

請求項22

前記突出物(60)は部品(10,12)に取付けられた個別要素である請求項18ないし21のいずれか1項記載の方法。

請求項23

流動することができる材料(30)はペースト状の接着材レジンか、シーラントか、もしくは充填剤である請求項1ないし22のいずれか1項記載の方法。

請求項24

請求項1ないし23のいずれか1項記載の方法により作られたジョイントであって、航空宇宙もしくは他の部品(10,12)を有するジョイント。

請求項25

請求項1ないし23のいずれか1項記載の方法により作られたジョイントをその内部に有する航空機

0001

発明の属する技術分野
この発明は部品間にレジン接着剤のような流動可能な材料を導入することによって接合ジョイント)を作る方法に関するものであり、限定するわけではないが、とくに航空宇宙関連の部品間で接着剤シーリング封止)剤(シーラント)、もしくはフィラ(充填剤)を用いて、ジョイントを作る方法に関する。
従来の技術

0002

構造上の応用についての接着性ボンディングは一般に膜とかペーストの接着剤を使用する。

0003

膜の接着剤は一般に高性能応用に対して好まれ、また周囲温度では僅かしか粘着性タック、べたつき)をもたないので適用が簡単である。しかし、こういった接着剤はボンドを得るためには圧力の下で加熱されることが必要とされるので処理が余計にむずかしい。膜接着剤を用いるときには最適なライングルーライン)の厚さは、約0.2mmである。
発明が解決しようとする課題

0004

ペースト接着剤は異なる応用に向けて各種の粘度となっている。ペースト接着剤を用いる1つの既知処理は接合される部品の表面に対して接着剤を適用し、次にジグを用いてそれらを一緒にして両者間に接着剤を備えたサンドイッチを形成するようにすることを含んでいる。部品はその間の接着剤中に空気が閉じ込められるのを回避するために注意して一緒にされなければならない。また、一旦一緒になると、部品は互の相対関係を調節することが、使用した接着剤の粘着性のあるシキソトロピィの(ゲル揺動性)性質のために、むずかしく、両者は正確に一緒にされなければならない。このプロセスは時間のかかるものであり、また汚くなるまた浪費的なことであり、その原因は部品が一緒にされるとサンドイッチ状になった部品から接着剤がはみ出してくることによる。このプロセスのもつ本質に起因して、プロセスはまた労働集約的なものでもある。

0005

この発明の目的は部品のボンデング(接着)の改良した方法を提供することである。
課題を解決するための手段

0006

この発明を一つの観点から捕えるとジョイント(接合)を作る方法が提案されており、この方法の構成は、2つの部品を互に他と近付けて置いて両者間に空間を定義するようにすることと、この空間の縁(エッジ)をシーリング部材橋絡ブリッジング)することと、この空間を吸引によりレジン接着剤のような流動することができる材料で充填することを含んでいる。

0007

この発明の方法はとくに直截的であり、これで作られたアッセンブリ、充填される空間内部でとられる差を含めて設計公差の僅か下で製造できる。加えて、この発明の方法は唯一回限りの準備と、組立て(アッセンブリ)と、(加熱)処理のサイクルとが使用されるだけである。
発明の実施の形態

0008

シーリング部材を使用することは、空間の縁のところに該材料を保つように手助けをするだけでなく、縁のところでこの材料のプロフィル輪郭)を制御することもできる。

0009

シーリング部材はウェブ(織り物)を備えていてよく、シーリングウェブの側部にある接着剤コーティングのような固定用手段を用いて橋絡位置に保持されるのがよい。ウェブは、これとは違って、部品に当ててそれを置き、その上にシーラント、例えばPR1875(TM)、接着剤もしくはワニスを塗布してその位置に保持してもよい。今の例では、シーリングウェブはファブリック織物テープから作られているが、これは他の適当な材料で作ることができるものである。ファブリックテープはガラスもしくはカーボンファイバで作られていてよい。

0010

部品は組立用ジグを用いて互に他と隣接して置くことができる。

0011

低いレベルに入口をもち、高いレベルに出口をもって、レジン/接着剤のボイド欠落部)と発泡ポロシティ)を避けるのが望ましい。

0012

ペースト接着剤は、接着される部品の公差が低い場合にしばしば使用されるが、それでもなお糊のライン(すなわち部品間の糊もしくは接着剤層の厚さ)で0.5mmを越えるものはこの方法を用いて先に推奨したところとはなっていない。

0013

低い許容差部品で生ずることになる問題に対処するために、適当な厚さのファブリックが、流動可能な材料で空間の充填をするのに先立って、部品間の空間内に置かれてよい。このやり方は強い接合線ジョイントライン)を与えるのにかなり役立ち、この接合線では糊のラインがかなりの厚さとなって、2つの部品間で“シム(shim:詰め木)”として知られている部材を利用する必要が避けられる。流動可能な材料が導入されて、ファブリックを含浸する。このファブリックの使用により、仕上げられた部品は、別な時に処理されたにも拘わらず連続した組成分と類似なものとなる。

0014

ジョイントに対するファイバ体積比は実質的には2〜70%であり、好ましいのは実質的に30〜60%である。ファブリックはファイバレイアップを含んでいてよく、それにより、1つの層のファイバが他の層のファイバとは直角方向となるようにする。好ましいのは、ファブリックが±45度レイアップとなることである。この配向弾力性があり、またその繊維構造はそこを通ってレジンが容易に浸透できるようにする。

0015

ジョイント(接合)の部品をその形成後に分離する必要があるとすると、解放用物質が空間を定義している部品の一方の表面に加えられる。この物質はシーラント材料もしくはレリーズ解放)層の何らかの便宜的な形式のものを含んでいてよい。この技術は非常に大きな面積を最大厚さの拘束条件を何ら伴わずにボンデングと同時に実質的に“シムを与えた(shimmed)”状態とするのに有効である。

0016

レジンは収縮が小さく、熱膨張係数(CTE)が低く、また高ひずみのものが、ストレスを最小とするのに好ましい。もしファブリックが使用されるのであれば、部品のCTEと整合がとれているのが好いし、全体のCTEを制御するのを助け、またそれによってストレスを最少とする。CFRPカーボンファイバ強化プラスチック)については、ファブリックは通常は同じ形式のカーボンとなるが、これに対して混成もしくは金属構造についてはガルパニック直流電気の)腐蝕問題を回避するためにガラスがとくによいとされている。

0017

別な実施形態では、少なくとも1つの部品がその上に突出物プロジェクション)を有していて、この方法は部品を相互に隣接して置いて、両者間に突出物を備えた空間を定義するようにし、この突出物は空間内に延びており、流動することができる物質はそれが空間内に導入されるときに突起物を囲むようにしている。

0018

この発明の別な特徴によると、ジョイントを作る方法が用意されていて、この方法の構成は、第1と第2の部品を用意して、そのうちの少なくとも一方にはその上に突出物があるものとすることと、この部品を互に近くに置いて両者間に空間を定義し、その空間内に突出物が延びているようにし、またレジン接着剤のような流動することができる物質を導入して、突出物を囲むようにすることを含んでいる。

0019

部品の一方はその上に突出物を持つことができないが、両方が突出物をもってもよい。両方の部品が突出物を持つ場合には、一方の部品の突出物が他方の部品の突出物と交差指状となるのが好い。

0020

この発明のもつ上記特徴による方法の詳細を例を挙げて添付の図面を参照して記述して行く。

0021

図1を見ると、第1と第2の航空宇宙用部品10,12がそれぞれ互に他と隣接して置かれて、両方間に空間14を定義している。好ましいのは2つの部品が組立て用ジグ(図示せず)により位置に保持されていることである。空間14の縁16はシーリングウェブ18,20によって橋絡されている。このシーリングウェブは一方の側が自己接着性セルフアドヒーシブ)となっているのがよく、それによって第1と第2の部品10,12の縁に接着するようにする。ウェブ18にはその中に作られた出口(アウトレット)22があって、そこを通って吸引が空間14に対して加えられ、また、ウェブ20には入口がその中に作られていて、そこを通って接着剤が流動できる。

0022

図2を見ると、ノズル26がレジン接着剤源(図示せず)に接続され、それが入口24内に封止された状態で置かれている。ノズル28には吸引が加えられるようになっていて、これが出口22内に封止された状態で置かれている。ノズル28に加えられた吸引はノズル28を通ってレジン30を引込み、空間14内に入れて、空間14が図3に示したようにレジンで充填がされるまで吸引される。

0023

図3の段階に到達した後に、レジン30は設定(セット)が許されてあるいは適切な処理(熱処理)がされる。ウェブ18,20はファブリックテープで作られていて、例えばガラスもしくはカーボンファイバで作られる。

0024

吸引によるレジン接着剤の導入とウェブ20,22の使用とは単純かつ有効なやり方で、縁におけるレジンの損失なしにジョイントを形成できるようにする。

0025

このプロセスの間に入口24を出口22に対してより低いレベルにすることが望ましい。このやり方はレジン30が安定した割合で空間14に入り、ジョイント内部にボイドやポロシティ(欠落や発泡)が生ずる機会を最小とするのに役立っている。またウェブ18,20は縁でのレジン30のプロファイルを制御する。いずれの場合も実効的でかつ信頼性のあるボンド(接着)が得られる。

0026

次に図4を見ると、図1ないし3に示した部品に対応する部品は同じ参照番号を付してある。部品12は部品10の縁を越えて延びていて、部品10,12間の空間14は取付け用ウェブ40,42によって部品10の上側サーフェス44と縁45と部品12の上側サーフェス46とに橋絡(ブリッジ)されていることが図4で見ることができる。ウェブ40,42は上述のウェブ18,20と同じやり方で構成される。

0027

部品10,12とウェブ40,42とが図4に示すように置かれると、ノズル26が入口24に置かれて、ノズル28が出口28に置かれて、レジン30が図2と3に示すように空間14内に引き入れられる。ウェブ40,42が縁でレジン30のプロファイルを調整していることが分るであろう。ここでもまた図1ないし3に示すように、部品10,12は組立てジグによって互に他と相対的な位置で保持できる。この例ではレリーズ剤の層47が部品12の上側サーフェスに加えられている。これがジョイントが形成された後に部品10,12の分離を可能としている。このレリーズ層47はシーラント材料を含んでいる。もし望むのであれば、2つの部品10,12が一緒にボルトどめできるし、そうでなければ機械的に一緒に接合できる。

0028

ここで図5を見ると、図1ないし4で示した部品と対応する部品は同じ参照番号を付してある。第1と第2の航空宇宙部品10,12は正しく互に他と隣接して位置決めされて空間14を規定している。ファブリック50がそこで空間14内に置かれて、空間14の縁16はシーリングウェブ18,20により橋絡されている。シーリングウェブ18,20はここでもまた片側は自己接着性である。レジンは空間14内に上述のやり方で引き入れられて、ファブリック50を含浸させる。ここでもまた、図1ないし3のように部品10,12は組立てジグによって互に他と相対的な位置を保つようにできる。

0029

この例では、ファブリック50はファイバのレイアップを含んでいて、1つの層のファイバが他の層のファイバと直交している。例えば、このファブリックは±45度レイアップを含むことができる。

0030

空間14内のファブリック50の使用は多くの利点を作り出す。第1に、糊のラインがここでは簡単に0.2〜3.0mmの範囲となり、したがってもっとより大きな空間が現在の既知の方法を用いるよりも充填可能となる。これがより低い公差で部品を構築できるようにし、これが今度はコストを節減する。第2に、ファブリックは大きな部品のサーフェス部分の分離を与え、そうでなければ互に接触するかも知れないものまでそのようにし、したがってこういったサーフェス部品がレジン30によって湿れることなく留まれるチャンスを減らしている。第3に、ファブリック50はジョイントをまたいだ熱膨張係数(CTE)の調節を助けている。部品10,12のものと類似のレジン30とファブリック50の組合せたもののCTEをもつことによって、全体のジョイントにわたって体験される熱応用は減らされる。最後に、ジョイント内部のファブリック50はせん断応力シア)とはぎとり強度とを増す。糊ラインで厚さが1mmより大きなものについては、シア強度が約25MPa以上のものが可能である。

0031

ここで図6を見ると、図4で示したものと類似の構成であるが、例外としてこの場合はファブリック50が空間14内に置かれ、ファブリック50の層51はファブリック50の各縁にわたって折り戻されている。望むのであれば部品10はその縁が破線10aで示したように面取りをしてあってよい。この場合、層51は面取り部10a内に延びていてよい。

0032

図4に示すように、ウェブ42はその内部に形成された出力22がありウェブ40はその中に形成された入口があり、またレジン30は図4を参照して記述したように空間14内に引き入れられる。面取り部10aが形成される場合は、接着剤は空間14内に流れ込み、また面取り部によって定義された空間内にも入る。ここでもまた、図4に示すように部品10,12は組立てジグにより互に他と相対的な位置が保たれるようにできる。レイヤ51の折り重ねは接着剤を充填した空間14に滑らかな縁を与える。

0033

望むのであれば、レリーズ層47を図5と6の実施例で使用してもよい。

0034

次に図7を見ると、図1と3とに示した部品と対応する部品は同じ参照番号を有している。

0035

第1と第2の部品10,12でそれぞれ図7にあるものはその上に突出物60を有している。部品10,12は互に他と隣接して置かれていて、それにより両者間に空間を定義して、突出物60があってそれが空間14内に延びていて、第1の部品10の突出物が第2の部品12上の突出物と交差指状となっている。2つの部品10,12はそこで図1ないし3で記述したような方法を用いて接合され、その際に、レジン30は突出物60を囲み、シーリングウェブ18,20が用意されるが図7には図示されていない。

0036

この例では、突出物60は実質的に真直であるが、しかし図8に示すように、突出物62は傾いていてもよい。

0037

この突出物は糊ラインが0.5mmを越え、一般には1〜3mmの長さである場合に使用されるのがよい。突出物はジョイントに対してシア強度を増すようにする。

0038

最後に図9を参照すると、その上に突出物60を備えた第1と第2の航空宇宙部品10,12が互に隣接して位置決めされていて、それにより両者間に空間14を定義し、そこには突出物60があって空間14内に延びていて、それにより、突出物が交差指状となっている。ファブリック50は空間14内に置かれていて、2つの部品は図1ないし3に記述した方法により接合されている。

0039

図9の形成されたジョイントは突出物60とファブリック50との利点の両方を有している強度を増したものとなっている。

0040

この発明の方法により形成されたジョイントはリブスキン(rib-skin)ジョイント、ストリンガジョイント、スキン−スパー(skin-spar)ジョイント、ハイブリッド(混成)ジョイント及びシム(shimming)を含むジョイントである。

0041

特別な参照をレジン接着剤30の使用にあてたが、シーラント(封止剤)もしくはフィラ(充填剤)が空間14を封止もしくは充填することを単に必要とするところに使用できる。封止剤もしくは充填剤が使用される場合には、部品を一緒に機械的に固定する、例えばボルトとかリベットとか他のファスナによって固定するのが望ましいとされる。

0042

使用される接着剤もしくは封止剤は<200cPsの粘性をもつレジンを基礎としているのが好ましく、周囲100℃までの処理温度で数時間のものがよい。

0043

レジン系で“低温”、典型的には約80℃でゲルとなるものがジグ要件を最小とするので好ましい。恐らくは自由に立ち、後処理のものが採用されることになろう。

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