(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転翼航空機の構成部材であって、
前記回転翼航空機の別の構成部材に接触するように構成された、腐食を受け易い表面であって、材料の一部が除去された領域を有する、未使用の変速機ハウジングの表面と、
前記領域内に１つ以上の粉末材料層をコールドスプレーすることによって形成された構造堆積物であって、前記構成部材に印加される荷重を支持するように構成された、構造堆積物と、
を備え、
前記構造堆積物を含む前記構成部材は、前記構成部材の初期寸法に略等しい寸法を有しており、
前記領域は、損傷、腐食、及び孔食が生じることが予測される前記表面の部分である、構成部材。
【請求項２】
前記粉末材料はアルミニウムを含む、請求項１に記載の構成部材。
【請求項３】
前記構造堆積物は、前記表面と略面一である、請求項１に記載の構成部材。
【請求項４】
前記構造堆積物を含む前記構成部材の強度は、前記構成部材の初期強度に近い、または初期強度を上回る、請求項１に記載の構成部材。
【請求項５】
構造堆積物を未使用の変速機ハウジングの表面に事前に形成する方法であって、
腐食及び孔食が生じることが予測される前記表面の部分を特定する工程と、
前記表面の前記部分を用意する工程と、
構造堆積物を前記表面の前記特定された部分に形成させる工程であって、前記変速機ハウジングと一体に形成され、かつ前記変速機ハウジングに印加される荷重を支持するように構成された、構造堆積物を形成させる工程と、
前記変速機ハウジングの初期寸法に略等しい所望の寸法を実現するように、前記構造堆積物から余剰材料を除去する工程と、
を備えた、方法。
【請求項６】
前記変速機ハウジングは、回転翼航空機の変速機ハウジングである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記構造堆積物は、コールドスプレー堆積プロセスを通して被覆される１つ以上の粉末材料層を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記粉末材料はアルミニウムを含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連特許出願の相互参照）
本出願は、２０１３年１１月６日に出願された米国特許仮出願第１４／０７３，１６２号の利益を主張するものであり、同出願の全記載内容を参照によって本書に引用したものとする。
【０００２】
本発明の例示的な実施形態は、腐食損傷を受け易い回転翼航空機の構成部材に関するものであり、とりわけ、回転翼航空機のこのような構成部材に対する腐食損傷を防止する、または低減する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
回転翼航空機は、アルミニウム及びマグネシウム合金により通常形成される、例えば変速機のような構成部材を含む。このような構成部材が周囲環境に晒される結果、これらの合金材料は、一般腐食及び電気化学的腐食の両方の腐食を受け易い。例えば、水または水分が構成部材の外側表面に付着すると、腐食が起こり、例えば化学的副産物及び塩水のような他の周囲環境条件によって腐食を悪化させる。あるいは、隣接する構成部材との電気化学的な不適合性により、電気化学的腐食が起こる。両方の腐食モードにより、構成部材の材料が劣化して、構成部材の断面厚さが薄くなる。幾つかの例では、構成部材の有効断面が過度に小さくなって、構成部材の構造的な完全性が失われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回転翼航空機構成部材修復方法では、アルミニウム及びマグネシウム構造の寸法復元を、これらには限定されないが、例えばエポキシ接着法、プラズマ溶射法、高速フレーム（ＨＶＯＦ）溶射法、及び溶融溶接法を含む多種多様な方法を用いて可能にすることができる。高温修復方法によって、許容できない構成部材歪みが生じ、基板材料特性が、経年変化または溶解（solutioning）により劣化する。エポキシ接着法では、亀裂または破砕が使用中に発生して、環境要素による下地材料の侵食を許してしまう。材料に対する侵食が続くと、壁厚が薄くなって、構成部材が使用できなくなる。更に、これらの修復方法のいずれの修復方法においても、荷重を支持するのに適した堆積物を形成することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態によれば、回転翼航空機の構成部材が提供され、この構成部材は、この回転翼航空機の別の構成部材に接触するように構成された、腐食及び／又は孔食を受け易い表面を含む。その表面は、材料の一部が除去された領域を有する。構造堆積物が、その領域内に１つ以上の粉末材料層をコールドスプレーすることによって形成される。構造堆積物は、構成部材に印加される荷重を支持するように構成される。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、構成部材の表面の損傷部分を再構築する方法が提供され、その方法は、局部腐食及び／または局部孔食が発生している全ての材料を除去することにより、その表面に領域を形成することと、この形成領域を用意することと、を含む。構造堆積物が、その領域内に形成され、かつその構成部材と一体に形成される。構造堆積物は、構成部材に印加される荷重を支持するように構成される。余剰材料は、この構造堆積物から除去される。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、構造堆積物を構成部材の表面に事前に形成（preemptively forming）する方法が提供され、この方法は、損傷が生じて領域が形成されることが予測される表面の部分を特定することを含む。次に、特定された部分が用意される。構造堆積物が、その特定された部分に形成され、かつ構成部材と一体に形成される。構造堆積物は、構成部材に印加される荷重を支持するように構成される。余剰材料は、この構造堆積物から除去される。
【０００８】
本発明であるとみなされる主題が具体的に説明されて、本明細書の最後の特許請求の範囲に明確に記載される。本発明の上記特徴及び他の特徴、及び利点は、以下の詳細な説明から、添付の図面を併せて参照することにより明らかになる。
【０００９】
詳細な説明では、本発明の実施形態について、利点及び特徴と併せて図面を参照しながら実施例を通して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な回転翼航空機の斜視図である。
【図２ａ】図１の航空機のメインロータシステム及びテールロータシステムの例示的な概略図である。
【図２ｂ】図１の航空機のメインロータシステム及びテールロータシステムの例示的な概略図である。
【図３】本発明の１つの実施形態による回転翼航空機の変速機ハウジングの斜視図である。
【図４】本発明の１つの実施形態による回転翼航空機の変速機ハウジングの合わせ面の斜視図である。
【図５】本発明の１つの実施形態による一体的に形成される構造堆積物を有する変速機ハウジングの一部の断面図である。
【図６】本発明の１つの実施形態による変速機ハウジングの表面の一部を再構築する方法である。
【図７】本発明の１つの実施形態による構造堆積物を変速機ハウジングの表面に事前に形成する方法である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、メインロータシステム１２を有する回転翼航空機１０を模式的に示している。航空機１０は、延在する尾部１６を有する機体１４を含み、尾部１６には、例えば反トルクシステム、並進推力発生システム、推進プロペラ、またはロータ推進システムのようなテールロータシステム１８が装着される。動力は１つ以上のエンジンＥから動力伝達変速機２０（図２ａ及び図２ｂ参照）に伝達されて、メインロータシステム１２をそれぞれの回転軸Ａを中心として駆動する。特定の回転翼航空機構造が本開示の実施形態において図示され、かつ説明されているが、例えば補助並進推力発生システムを備える高速複合回転翼航空機、二重反転、同軸回転翼システム航空機、及びターボプロップ、ティルトロータまたはティルトウイング航空機のような他の構造及び／または機械も、恩恵を本発明から享受することになるであろう。
【００１２】
次に、図２ａを参照すると、図１の航空機１０のメインロータシステム１２及びテールロータシステム１８の概略図が、更に詳細に提供されている。図示の非限定的な実施形態では、動力伝達変速機２０は、１つ以上のエンジンＥ、メインロータシステム１２、及びテールロータシステム１８の間に配置される。変速機２０は、メインロータシステム１２及びテールロータシステム１８の両方に機械的に接続することができ、かつメインロータシステム１２及びテールロータシステム１８の両方を動作させるように構成することができる。図２ｂに示す別の実施形態では、回転翼航空機１０は、メインロータシステム１２に機械的に接続され、かつメインロータシステム１２を動作させるように構成される第１動力伝達変速機２０を含む。同様に、第２動力伝達変速機２１が、テールロータシステム１８に機械的に接続され、かつテールロータシステム１８を動作させるように構成される。動力伝達変速機２０、２１の各動力伝達変速機は、動力を航空機１０の少なくとも１つのエンジンＥから受信する。
【００１３】
動力伝達変速機２０、２１は普通、ハウジング２２内に装着され、ハウジング２２は、歯車列をハウジング内で支持するように構成される。１つの実施形態では、ハウジングは、アルミニウムまたはマグネシウム材料のいずれかを含む。図３に示すハウジング２２の非限定的な実施形態は普通、複数の第１開口部２４を含み、これらの第１開口部２４は、変速機２０の種々の部分に通じる複数の潤滑剤流路となるように構成される。ハウジング２２は更に、複数の第２開口部２６を含み、これらの第２開口部２６は、例えばメインロータシステム１２またはテールロータシステム１８のロータシャフト（図示せず）のような入力モジュール取り付け部材（図示せず）を少なくとも部分的に支持するように構成される。更に、ハウジング２２は、複数の装着脚部２８を含むことができ、これらの装着脚部２８は、第１端部２３の近傍のハウジングの外周の周りに配置される。特定の変速機ハウジング２２構造が、本開示の非限定的な実施形態において図示され、かつ説明されているが、他の構造が本発明の範囲内で考えられる。
【００１４】
ハウジング２２のうち、損傷だけでなく、腐食及び孔食を最も受け易いハウジング構成部分は普通、別の構成部材、及び／またはハウジング２２の材料と区別できる材料に接触するか、または係合するように構成される表面３０である。例示的な表面３０は、これらには限定されないが、例えば端部合わせ面３０ａ、飛行制御面３０ｂ、及び底面３０ｃを挙げることができる。端部合わせ面３０ａは、ハウジング２２の第１端部２３に設けられ、機体１４の一部に係合するか、または航空機１０の別の構成部材に係合するように構成される。図４に示すように、少なくとも１つの締結具３２は、端部合わせ面３０ａから略垂直な方向に突出し、少なくとも１つの締結具３２は、ハウジング２２の第１端部２３を航空機１０の別の部分に接続するように構成される。各飛行制御面３０ｂは、航空機１０の飛行制御装置または別の構成部材（図示せず）に接続されるように構成される。複数の飛行制御面３０ｂは、ハウジング２２の外側の周りに配置することができ、端部合わせ面３０ａに対して任意の角度で配置することができる。同様に、底面３０ｃは、例えば裏面のような装着脚部２８の一部とすることができ、この一部は、航空機１０の別の構成部材、または機体１４の一部と接触するように構成される。
【００１５】
次に、図５を参照すると、ハウジング２２に加わる荷重を支持するように構成される構造堆積物４０が、腐食及び孔食を受け易い変速機ハウジング２２の表面３０の少なくとも一部に形成される。構造堆積物４０は、例えばこの技術分野で公知のアルミニウムまたはアルミニウム合金のような任意の適切な粉末材料により形成することができる。１つの実施形態では、構造堆積物４０は、外部損傷（すなわち、刻み目、窪み、または削り溝）または腐食及び／または孔食のいずれかが既に生じてしまった後に、ハウジング２２を修復する手段として形成される。別の実施形態では、構造堆積物４０は、「事前修復手法（preemptive repair）」として、腐食及び孔食が生じる可能性が最も高い箇所を判断することに基づいて形成される。
【００１６】
構造堆積物４０は、１つ以上の粉末材料層を表面３０の領域４２に被覆することにより形成される。構造堆積物４０を、腐食が生じてしまった後に堆積させる実施形態では、局部腐食及び局部孔食の全てを完全に除去するように必要なだけ表面３０の材料を少しずつ除去することによって領域４２が形成される。ハウジング２２の残りの材料に欠陥が生じないことを保証するように、その表面３０において近接する欠陥のない材料の一部を、更に局部腐食及び局部孔食と一緒に除去することができる。構造堆積物４０を「事前に（preemptively）」堆積させる実施形態では、各領域４２は、材料を腐食及び孔食が生じる可能性が最も高い箇所の表面３０から除去することにより形成されるか、または構造堆積物４０を形成するために使用される１つ以上の粉末材料層を、処理直後（または、鋳造直後）の表面の上に堆積させることにより形成されるかのいずれかである。いずれの実施形態においても、表面３０に形成される１つ以上の領域４２は普通、これに限定されないが、凹溝である。
【００１７】
構造堆積物４０を形成するために使用される１つ以上の粉末材料層は、コーティングよりも堅固で、表面３０に加わる荷重を分担するように構成される。その結果、腐食及び孔食が生じる可能性が高い／生じてしまう可能性が高い箇所の表面３０と一体に形成される１つ以上の構造堆積物４０を有するハウジング２２の強度は、ハウジング２２の初期強度に近い、初期強度と殆ど同等である、または初期強度よりも高い。１つ以上の粉末材料層により形成される構造堆積物４０は、約０．０１０インチ〜２．００インチの範囲の厚さを有することができる。１つの実施形態では、構造堆積物４０は、部品構造及び他の要素によって異なるが、０．０２５インチ以上の厚さを有することにより、構成部材に加わる荷重を適正に分担する。
【００１８】
構造堆積物４０を形成するために使用されるこれらの粉末材料層は普通、堆積プロセスで被覆され、この堆積プロセスでは、十分なエネルギーを供給して粒子を十分高い速度に加速することにより、粒子が領域４２への衝突時に塑性変形して付着する。粉末材料の粒子は、ヘリウム、窒素、他の不活性ガス、またはこれらのガスの混合物などの加圧ガスまたは圧縮ガスを用いることにより、スプレーガン５０の収束／放散ノズル５２を通して超音速に加速される。堆積プロセスでは、粒子が、これらの粒子の固相から冶金学的に変化することはない。種々の技術を用いて、この種類の粒子堆積を行うことができ、種々の技術として、これらには限定されないが、例えばコールドスプレー堆積法、動的金属被覆（kinetic metallization）、電磁粒子加速（electromagnetic particle acceleration）、修正高速空気燃料溶射法（modified high velocity air fuel spraying）、または高速衝突融合（high velocity impact fusion：ＨＶＩＦ）を挙げることができる。
【００１９】
これらの粉末材料層は、ハウジング２２の原材料に被覆することができる、あるいは、既に形成されている構造堆積物４０に被覆することができる。粉末材料が堆積している間、変速機ハウジング２２を、動かないように保持してもよく、またはこの技術分野で公知の任意の適切な手段（図示せず）により連接してもよく、または並進移動させてもよい。代替的に、スプレーガン５０のノズル５２を、動かないように保持してもよく、または連接してもよく、または並進移動させてもよい。幾つかの例では、変速機ハウジング２２及びノズル５２の両方を順番に、または同時に操作することができる。
【００２０】
変速機ハウジング２２の表面３０の損傷部分または腐食部分を再構築する方法１００を図６に示す。表面３０は、前述の表面３０ａ、３０ｂ、３０ｃのいずれかとすることができる。この方法はブロック１０２から始まり、局部損傷または局部腐食の全てを、表面３０の一部から除去することにより領域４２を形成する（図５参照）。腐食及び孔食は、例えば研削法、加工法、エッチング、または他の適用可能な技術を用いて、機械的に、または化学的に除去することができる。局部腐食を除去した後、ブロック１０４に示すように、この技術分野で公知の方法に従って、表面３０を用意して表面３０にマスク処理を施す。１つの実施形態では、表面３０を用意して表面３０にマスク処理を施すことが、研磨材のグリッドブラストの使用を含む。汚染防止の過程としてブラスト残留物を除去するように更に追加の材料を使用してもよい。ブロック１０６では、少なくとも１つの粉末材料層を領域４２に、コールドスプレー堆積プロセスを用いて被覆することにより、ハウジング２２の材料と一体に形成される構造堆積物４０を形成する。領域４２に付着した構造堆積物４０は、変速機ハウジング２２の表面３０の初期寸法を超えて突出しうる。構造堆積物４０を形成した後、ブロック１０８に示すように、余剰材料が必要に応じて除去される。その結果、構造堆積物４０は、変速機ハウジング２２の表面３０の残りの部分と略面一をなす、及び／または、構造堆積物４０を含む変速機ハウジング２２の寸法は、変速機ハウジング２２の初期寸法に略等しい。
【００２１】
構造堆積物４０をハウジング２２の表面３０に事前に形成する方法２００を図７に示す。表面３０は、前述の表面３０ａ、３０ｂ、３０ｃのいずれかとすることができる。この方法２００はブロック２０２から始まり、局部腐食及び局部孔食が生じる可能性が最も高い位置の未使用の変速機ハウジング２２の表面３０から一部の材料を除去することにより領域４２を形成する。材料は表面３０から、例えば研削法、機械加工、エッチング、または他の適用可能な技術を用いて、機械的に、または化学的に除去することができる。材料を最初に全く除去することなく、構造堆積物４０をハウジング２２の既存の表面に付着させる実施形態では、ブロック２０２に示す工程を飛ばしてもよい。ブロック２０４では、前述のように、例えば領域４２などの、構造堆積物４０を収容するように構成される表面３０の一部を用意して、表面構成部分にマスク処理を施す。ブロック２０６では、少なくとも１つの粉末材料層を、コールドスプレー堆積プロセスを用いて被覆することにより構造堆積物４０を形成する。表面３０に付着した構造堆積物４０は、例えば変速機ハウジング２２の表面３０の初期寸法などの、所望の寸法を超えて突出しうる。このような例では、ブロック２０８に示すように、余剰材料は、構造堆積物４０を形成した後に除去される。余剰材料４０が除去されて、構造堆積物４０が、変速機ハウジング２２の表面３０の残りの部分と略面一となり、構造堆積物４０を含む変速機ハウジング２２の寸法が変速機ハウジング２２の初期寸法と略等しくなる。
【００２２】
１つ以上の構造堆積物４０を変速機ハウジング２２の表面に形成することにより、腐食及び孔食を低減する、及び／または防止することができ、それによりハウジング２２の耐用寿命を長くすることができる。更に、構造堆積物４０は、表面３０に加わる荷重を分担するように構成されるので、１つ以上の構造堆積物４０を付着させても、ハウジング２２の構造的な完全性に影響を及ぼすことがない、またはハウジング２２の構造的な完全性の低下を最小限にする。
【００２３】
本発明について、限られた数の実施形態に関連して詳細に説明してきたが、本発明はこのような本開示の実施形態に限定されないことを容易に理解できるであろう。限定されるのではなく、本発明に修正を加えて、これまで説明してこなかったが本発明の思想及び範囲と同等である任意の数の変形、変更、置換、または等価構成を取り入れることができる。更に、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は、本記載の実施形態のうちの幾つかの実施形態しか含んでいないことが理解されよう。従って、本発明は、これまでの説明によって限定的であると捉えられるべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。
【図１】
0006527144.tif 000002
【図２ａ】
0006527144.tif 000003
【図２ｂ】
0006527144.tif 000004
【図３】
0006527144.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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