(57)【要約】【課題】表面がヒータアセンブリ内の層へ適切に接合しているがフォイルも損傷を受けないようなやり方で、薄金属フォイル表面を処理する方法を提供すること。【解決手段】薄チタンフォイルと接着剤とを適切に接合させるため、薄チタンフォイルを酸溶液で洗浄する工程と、薄チタンフォイルをアルカリ洗浄剤で洗浄する工程と、薄チタンフォイルをエッチングする工程と、薄チタンフォイルをスマット除去する工程と、薄チタンフォイルを超音波水処理により洗浄する工程と、を含む方法で、厚さが約３ｍｉｌを下回る薄チタンフォイルを表面処理する。【選択図】図１
2008115458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが約３ｍｉｌ（約７６．２μｍ）を下回る薄チタンフォイルを表面処理する方法であって、この表面処理により前記薄チタンフォイルと接着剤の適切な接合が促進され、前記方法が、
前記薄チタンフォイルを第１の酸溶液で洗浄する工程と、
前記薄チタンフォイルを第１のアルカリ洗浄剤で洗浄する工程と、
前記薄チタンフォイルをエッチングする工程と、
前記薄チタンフォイルをスマット除去する工程と、
前記薄チタンフォイルを超音波水処理により洗浄する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の酸溶液が硝酸およびフッ化水素酸溶液を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記薄チタンフォイルのエッチング工程がアルカリ性のエッチング液の使用を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記薄チタンフォイルのスマット除去工程が硝酸の使用を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記薄チタンフォイルが、市販の純チタンおよびチタン合金から成る群より選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ヒータエレメントとして前記薄チタンフォイルを使用するのに適した形状に、前記薄チタンフォイルを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記薄チタンフォイルが支持層を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記薄チタンフォイルを非平面へ取り付けるために、前記薄チタンフォイルが輪郭付けされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記接着剤が、ビスマレイミド、エポキシ、ポリイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、シアナートエステルおよびフタロニトリルから成る群より選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記薄チタンフォイルを乾燥させる工程と、
前記薄チタンフォイルを下塗りする工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記薄チタンフォイルの下塗り工程が、前記薄チタンフォイル表面への好適な下塗り剤の塗布を含み、その際、前記下塗り剤を、エポキシ、ビスマレイミド、ポリイミド、ポリエステル、フェノール樹脂、シアナートエステルおよびフタロニトリルから成る群より選択することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄チタンフォイルが、ガスタービンエンジン構成部品の氷結防止用または着氷防止用のヒータエレメントであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の前記方法で製造されるヒータエレメント。
【請求項１４】
ヒータアセンブリ内に薄チタンフォイルを組み付ける方法であって、ここで、前記ヒータアセンブリが、タービンエンジンまたは機体の構成部品に内蔵または構成部品上に設置できるよう成形され、前記薄チタンフォイルが熱電ヒータとしての役割を果たし、該方法が、
前記薄チタンフォイルを洗浄する工程と、
前記薄チタンフォイルをエッチングする工程と、
前記薄チタンフォイルをスマット除去する工程と、
前記薄チタンフォイルを超音波洗浄する工程と、
前記薄チタンフォイルを少なくとも１層の強化層へ取り付けて前記ヒータアセンブリを製造する工程と、
を含む方法。
【請求項１５】
前記薄チタンフォイルを前記少なくとも１層の強化層へ取り付ける工程が、前記薄チタンフォイルと前記少なくとも１層の強化層との間への接着フィルムの使用を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記薄チタンフォイルを前記少なくとも１層の強化層へ取り付ける工程が樹脂の使用を含み、該樹脂は前記ヒータアセンブリ内へ注入されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記樹脂を硬化させることにより前記ヒータアセンブリを硬化構造とする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ヒータエレメントとして使用し易い形状に前記薄チタンフォイルを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記ヒータアセンブリの非平面への取り付けが容易になる形状に前記薄チタンフォイルを輪郭付けする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１層の強化層が、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１層の強化層が、織物、一方向テープ、不連続マットおよびポリマフィルムから成る群より選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
請求項１４に記載の前記方法で製造されるヒータアセンブリ。
【請求項２３】
アセンブリ内の周辺層へチタンフォイルを取り付けるために、接着剤に前記チタンフォイルを直接接合できるように前記チタンフォイルを表面処理する方法であって、該方法が、
前記チタンフォイルを硝酸およびフッ化水素酸で処理して洗浄する工程と、
前記チタンフォイルを弱アルカリ洗浄液で洗浄する工程と、
前記チタンフォイルを強アルカリエッチング液でエッチングする工程と、
前記チタンフォイルを硝酸でスマット除去する工程と、
前記チタンフォイルを超音波洗浄する工程と、
を含む方法。
【請求項２４】
前記チタンフォイルへ下塗り剤を塗布する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記チタンフォイルが約３ｍｉｌ（約７６．２μｍ）を下回る厚さを有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記アセンブリが、エンジン構成部品表面に取り付けられるようにまたはエンジン構成部品に内蔵できるように形成されたヒータアセンブリであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載の前記方法で表面処理されたチタンフォイルを含むアセンブリ。
【請求項２８】
チタンフォイルの接着剤への接合を容易にするために前記チタンフォイルの表面を処理する方法であって、該方法が、
前記チタンフォイルを形成する工程と、
前記チタンフォイルを酸処理して洗浄する工程と、
前記チタンフォイルを超音波洗浄する工程と、
を含む方法。
【請求項２９】
前記チタンフォイルの形成工程が、フォトエッチング法およびケミカルミリング法の少なくとも１つの方法を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記チタンフォイルの形成工程が、エンジンまたは機体の構成部品用の電熱ヒータとして使用するのに適した形状への前記チタンフォイルの形成を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記チタンフォイルの形成前に支持層を前記チタンフォイルへ取り付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記チタンフォイルをアルカリ洗浄液で洗浄する工程と、
前記チタンフォイルをエッチングする工程と、
前記チタンフォイルをスマット除去する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
請求項２８に記載の前記方法で製造されたチタンヒータエレメント。
【請求項３４】
アセンブリ内の周辺層へ前記チタンフォイルを取り付けるために、接着剤に前記チタンフォイルを直接接合できるように前記チタンフォイルを表面処理する方法であって、該方法が、
前記チタンフォイルを酸溶液で洗浄する工程と、
前記チタンフォイルを超音波水処理により洗浄する工程と、
を含む方法。
【請求項３５】
前記酸溶液が硝酸溶液およびフッ化水素酸溶液を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記チタンフォイルをヒータエレメント用の前記チタンフォイルとして使用するのに適した形状に形成することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
タービンエンジンまたは機体の構成部品に内蔵されるかまたは構成部品上に設置されるヒータアセンブリを製造するために、前記チタンフォイルが少なくとも１層の強化層へ取り付け可能であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記チタンフォイルを乾燥させる工程と、
前記チタンフォイルを下塗りする工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
請求項３４に記載の前記方法で製造されるチタンフォイル。
【請求項４０】
表面処理されたチタンフォイルと、
第１の面と第２の面を有する接着層と、を備え、前記チタンフォイルが前記接着層の前記第１の面へ直接接合し、
前記接着層の前記第２の面が接合される基材を備えることを特徴とするアセンブリ。
【請求項４１】
前記基材がエンジン構成部品または機体構成部品の外表面であることを特徴とする請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４２】
前記チタンフォイルが前記外表面に侵食防止バリアを形成することを特徴とする請求項４１に記載のアセンブリ。
【請求項４３】
前記基材が金属であることを特徴とする請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４４】
前記基材が、織物、一方向テープ、不連続マットおよびポリマフィルムから成る群より選択される強化層であることを特徴とする請求項４０に記載のアセンブリ。
【請求項４５】
前記チタンフォイルがヒータエレメントであり、前記アセンブリがエンジン構成部品または機体構成部品に内蔵されるかまたはその上に設置されることを特徴とする請求項４４に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄金属フォイルの表面処理に関する。特に本発明は薄チタンフォイルの表面処理に関し、該処理によりコンポジット内でチタンフォイルが接着剤へ接合し易くなるようにするものである。
【０００２】
なお、本発明は、米海軍より与えられた契約番号Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００３として、政府の支持を得て成されたものであり、米国政府は本発明に関し一定の権利を有している。
【０００３】
また本願は、同時係属中の発明者Ｊｏｈｎ  Ｈ．  Ｖｏｎｔｅｌｌによる「ＴＩＴＡＮＩＵＭ  ＦＯＩＬ  ＡＳ  Ａ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＨＥＡＴＥＲ  ＥＬＥＭＥＮＴ」（構造的ヒータエレメントとしてのチタンフォイル、代理人整理番号Ｕ７３.１２−６８）に関連する。
【背景技術】
【０００４】
積氷に起因する問題を回避するために、ガスタービンエンジンの特定構成部品上に氷が形成されるのを、最小限に留めるか妨げることが望まれる。ガスタービンエンジン構成部品および機体構成部品上での氷形成に関し、除去または予防の方法は多数存在する。中には、氷形成の影響を受け易いガスタービンエンジン構成部品または機体構成部品に電熱加熱エレメントを組み込む（つまり内蔵させる）方法がある。加熱エレメントを構成部品表面に取り付けてもよい。加熱エレメントは、被害を受け易い構成部品領域を加温し、氷形成を予防する。
【０００５】
加熱エレメントは金属製加熱エレメントでよく、このような加熱エレメントは一般的に電気エネルギを熱エネルギへ変換する。金属製加熱エレメントは通常ヒータアセンブリの一部であり、ヒータアセンブリは更に、少なくとも１層の、加熱エレメントを電気的に絶縁する層を含む。例えば、ヒータアセンブリは、繊維強化コンポジット構造に内蔵された金属製加熱エレメントで構成されてよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
多くの用途において、ヒータアセンブリの占有する空間体積は、エンジンまたは機体の構成部品の表面上であっても内部であっても、最小限に留めることが望ましい。この場合、金属の薄フォイルが金属製加熱エレメントとして良好に機能すると考えられる。通常、接着剤と接合可能な清浄な表面となるように、金属フォイルを表面処理する必要がある。しかし薄フォイルは非常に脆弱なので、通常の表面処理技術ではおそらく薄フォイルが損傷する。
【０００７】
表面がヒータアセンブリ内の層へ適切に接合しているがフォイルも損傷を受けないようなやり方で、薄金属フォイルを表面処理する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
フォイルが接着剤へ適切に接合できるように、約３ｍｉｌを下回る厚さを有する薄チタンフォイルの表面処理法を実施する。該方法は、フォイルを酸処理して洗浄する工程、続いて、超音波水処理により更にフォイルを洗浄する工程を含む。
【０００９】
実施例では、表面処理の付加的工程として、フォイルをアルカリ洗浄液で洗浄する工程、続いて、フォイルをエッチングおよびスマット除去する工程を含む。これらの工程は酸処理後、かつ、超音波水処理前に実施される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、織物のまたは別種の強化層を含む構造体に薄チタンフォイルを取り付ける方法に関する。薄チタンフォイルを周辺層へ適切に接合させるため、本発明は薄チタンフォイルの表面処理法を含む。
【００１１】
チタンフォイルは、構成部品の着氷防止用や構成部品上での氷形成防止用の、構成部品に内蔵させるのに（すなわち内使用）または構成部品表面へ取り付けるのに（すなわち外使用）適するヒータアセンブリの一部であってよい。ヒータアセンブリを内使用および外使用の両方を含む混成配置で用いてもよい。構成部品は氷形成の影響を受ける任意の構成部品であってよい。例えば、構成部品は機体構成部品またはガスタービンエンジン構成部品であってよく、例としてベーン、エアフォイルの前縁、エンジンの前軸受、前軸受を支持する支柱構造およびダクトが挙げられるがこれに限定しない。構成部品は例えばポリママトリクス複合体（ＰＭＣ）（ポリマ繊維、ガラス繊維、炭素繊維またはセラミック繊維で強化されてよい）、金属マトリクス複合体、金属、セラミックマトリクス複合体（ＣＭＣ）および炭素／炭素複合体のような材料で形成されてよいが、これに限定しない。
【００１２】
図１はフィルムアセンブリ１０を示す図であり、チタンフォイル１２、第１フィルム接着剤１４および第２フィルム接着剤１６を含む。フィルムアセンブリ１０を組み立てる前に、チタンフォイル１２の表面を処理してフォイル１２が第１フィルム接着剤１４および第２フィルム接着剤１６へ適切に接合できるようにする。フォイルに損傷を与えることなくフォイル１２の表面を処理する方法を、図５および図６を参照しながら以下に説明する。
【００１３】
チタンフォイル１２は当技術分野で知られるように電気エネルギを熱へ変換する金属製加熱エレメントとして設計される。チタンフォイル１２は、ワイヤまたはフレキシブル回路のような任意の適するコンダクタを使用して電力源へ電気的に接続されている。着氷防止機能または氷結防止機能が所望されるかに応じて、電気エネルギを断続的または継続的にチタンフォイル１２へ供給してよい。
【００１４】
図１の実施例では、チタンフォイル１２の厚さは約０.００１インチ（１.０ｍｉｌ）である。チタンフォイル１２の好ましい厚さの範囲は約０.０００５〜０．００５インチ（０.５〜５ｍｉｌ）であるが、一方でフォイル１２を構成部品用ヒータアセンブリに使用するのであれば好ましい範囲は約０.００１〜０.００３インチである。別の実施例では、厚さは上記範囲を上回ったり下回ったりする。構成部品表面上であっても構成部品内部であっても、限られた空間なので、薄いフォイルが好ましい。フォイルの厚さを制限する別の要因には、構成部品の重量制限およびフォイルのヒータとしての全体的な効率が含まれる。
【００１５】
図１の実施例では、第１フィルム接着剤１４および第２フィルム接着剤１６は、ガラス繊維で支持されたビスマレイミド（ＢＭＩ）フィルム接着剤である。第１フィルム接着剤１４および第２フィルム接着剤１６に使用し得る別の材料にはポリイミド、ポリエステル、フェノール類、シアナートエステル、エポキシおよびフタロニトリルが含まれるがこれに限定しない。
【００１６】
第１フィルム接着剤１４および第２フィルム接着剤１６を用いてチタンフォイル１２を少なくとも１層の強化層へ取り付けることによりヒータアセンブリを製造してよく、ヒータアセンブリについては図３を参照して以下に詳細に説明する。
【００１７】
図２はフィルムアセンブリ１０に類似するフィルムアセンブリ２０の別の実施例の概略図であり、チタンフォイル２２、第１フィルム接着剤２４および第２フィルム接着剤２６を含む。フィルムアセンブリ２０には支持層２８も含まれる。
【００１８】
図２の実施例では、チタンフォイル２２は“形成された”フォイルでよく、これはフォイル２２に任意の表面処理を施す前にフォイル２２を目的形状にエッチングして不連続シートを製造することを意味する。これをフォトエッチング法またはケミカルミリング法で実施してよく、これらの方法はいずれも当技術分野でよく知られている。チタンフォイル２２は任意の形状でよい。フォイル２２の形状によりフォイルの電気的性質（電気絶縁性）および熱分布が制御されるので、形状は一般的に着氷防止や氷結防止を要する構成部品の種類および構成部品の面積に応じて異なる。
【００１９】
多くの場合、形成フォイルは非形成フォイルより損傷を受けやすく脆弱であり、支持層２８のような支持層を要する。支持層２８には繊維ガラスまたはその他の好適なセラミック繊維織物のような織物層、またはポリイミドのようなプラスチックフィルムが含まれるがこれに限定しない。通常、支持層２８をフォイル２２に取り付けてからフォイル２２を成形する。その場合には、フォイル２２の成形前に、フォイル２２の片側表面にのみ限定してフォイル２２に最初の表面処理を施し、表面を支持層２８へ接合する。フォイル２２および隣接する支持層２８を成形した後、引き続きフォイル２２の露出表面および支持層２８の露出表面を表面処理してよい。支持層２８がフォイル２２と同様の表面処理を受ける場合、支持層２８はフォイル２２の表面処理に耐えて損傷を受けない材料に限定される。
【００２０】
図２に示すように、支持層２８がフォイル２２へ取り付けられた状態で、フィルム接着剤２６を支持層２８へ接着させる。あるいは（前記のように、フォイル２２の片側表面に最初の表面処理を施した後）仮の支持層をフォイル２２に接着し、フォイル２２を形成する間フォイル２２を支持するために使用してもよい。次にフォイル２２の露出表面と仮の支持層に表面処理を施した後、フォイル２２をフィルム接着剤２４へ移し、仮の支持層を除き、フィルム接着剤２６をフォイル２２へ取り付けることにより、仮の支持層を形成フォイル２２から取り除く。
【００２１】
図３は図１のフィルムアセンブリ１０、第１強化層３２および第２強化層３４を含むヒータアセンブリ３０の概略図である。ヒータアセンブリ３０は、エンジンまたは機体構成部品の着氷防止や構成部品上での氷形成の予防に適するヒータアセンブリの典型例である。第１強化層３２および第２強化層３４はフォイル１２の電気的絶縁体として働き、チタンフォイル１２を電気的に絶縁するのに適する任意の材料で製造されてよく、エポキシ、ビスマレイミド（ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）、ポリイミドまたは別の適した有機マトリクスまたはセラミックマトリクスのような任意の繊維強化構造が含まれるがこれに限定しない。実施例では、第１強化層３２および第２強化層３４はセラミック繊維で製造されてよい。
【００２２】
第１フィルム接着剤１４を使用してフォイル１２を第１強化層３２へ取り付け、第２フィルム接着剤１６を使用してフォイル１２を第２強化層３４へ取り付ける。別の実施例では、ヒータアセンブリ３０は第１フィルム接着剤１４および第２フィルム接着剤１６を含まなくてよく、代わりに樹脂をヒータアセンブリ３０へ注入してフォイル１２を強化層３２および強化層３４へ接合させてよい。樹脂をヒータアセンブリ３０へ注入した後、樹脂が硬化するので、ヒータアセンブリ３０は硬化構造となる。アセンブリ３０に適する樹脂にはエポキシ、ビスマレイミド（ＭＢＩ）またはポリイミドが含まれるがこれに限定しない。
【００２３】
図３ではフォイルアセンブリ１０の両側それぞれに強化層が１層だけ示されているが、ヒータアセンブリ３０は、チタンフォイル１２の周辺に付加的な強化層を含んでもよいことが認識されている。
【００２４】
図４は、セラミック繊維層４２と炭素繊維層４４の間に内蔵された図３のヒータアセンブリ３０を含むコンポジット４０の概略図である。コンポジット４０はエンジンまたは機体の構成部品本体であってよく、あるいはコンポジット４０は別のアセンブリと合体して構成部品を成すサブアセンブリであってもよい。
【００２５】
図４の実施例では、コンポジット４０はヒータアセンブリ３０の両側それぞれに４層のセラミック織物層４２と２層の炭素織物層４４を含む。コンポジット４０は任意数の層を含んでよいことが認識されている。コンポジット４０はセラミック織物および炭素織物に限定されず、任意の繊維強化構造から製造されてよく、例えばエポキシ、ビスマレイミド（ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ）、ポリイミドまたは別の好適な有機マトリクスまたはセラミックマトリクスが含まれるがこれに限定しない。さらに、コンポジット４０は、一方向テープ、不連続マットおよびポリマフィルムのような別の種類の材料を含んでよい。また、ヒータアセンブリ３０がコンポジット４０の中心層である必要はない。
【００２６】
ヒータアセンブリ３０と同様に、コンポジット４０には一般的に樹脂が注入され、樹脂が硬化するような高温で加熱されて硬化構造となる。実施例では、ヒータアセンブリ３０を別の層４２および層４４の中に挿入し、次に樹脂をヒータアセンブリ３０へ注入し、更にヒータアセンブリ３０、周辺層４２および周辺層４４が硬化コンポジット構造となるように樹脂をコンポジットへ挿入してよい。上記のように、好適な樹脂にはエポキシ、ビスマレイミド（ＢＭＩ）またはポリイミドが含まれるがこれに限定しない。
【００２７】
図１〜図４では、金属製加熱エレメント（すなわち薄フォイル）は、市販の純チタン（commercially pure、ＣＰ）および様々なチタン合金を含むチタンである。チタンが別の複合層と強力に接合していたとしても、通常、チタンと別の材料との間の接合面の耐久性を高めるためにチタンフォイルは表面処理を要する。表面処理により、フォイル表面の不純物や機械的に弱い酸化物が除かれる。公知のチタン表面処理の多くは比較的厚い基材用に開発されたものであり、厚い基材は前記の薄チタンフォイルよりも損傷を受けにくい。このような表面処理には一般的に機械的研磨と圧力洗浄技術が含まれ、前記厚さの範囲のフォイルは損傷を受け易く、形成フォイルであればなおさらである。本発明は、コンポジット内に耐久性の接合を確立できる表面を製造すると同時に、機械的損傷を与えることなく薄チタンフォイルを表面処理する方法に関する。
【００２８】
図４のコンポジット４０に類する種々のコンポジットサンプルを組み立てた。その際、各コンポジットは図３のヒータアセンブリ３０に類するヒータアセンブリを含んでいる。各コンポジットは異なる表面処理を施した薄チタンフォイルを有する。以下の表１に各チタンフォイルに施された特定の表面処理を示し、サンプル１〜サンプル６とした。チタンフォイルを含まないベースラインサンプルコンポジットも製造した。
【００２９】
【表１】
2008115458.tif 000003
【００３０】
表面処理法の最初の工程は２つの洗浄法（前処理１および前処理２）である。前処理１では、チタンフォイルサンプルは蒸気噴射されるかまたは硝酸／フッ化水素酸溶液へ浸漬される。次に、前処理２で、サンプル４以外の全てのサンプルを弱アルカリ洗浄液で処理し前処理１で用いた酸を中和し、フォイル表面を洗浄した。工程３では、サンプル４およびサンプル６以外の全てのサンプルを、限定はしないが、Ｔｕｒｃｏ５５７８−Ｌのような強アルカリエッチング液を用いてエッチングした。工程３のエッチング法を実施することにより、表面上の油分および除去可能な酸化物が除かれて接合し易いフォイル表面が製造される；すなわち、フォイルの形状を変化させるためにエッチング法を実施するのではない。一般的にエッチングによりフォイル表面に黒色付着物、またはスマット、が生じる。従って、サンプル１およびサンプル２は硝酸で処理してフォイルをスマット除去した。次に全てのフォイルサンプルを超音波水処理（サンプル１〜サンプル５）またはアセトン拭き取りのいずれかで洗浄し、次に乾燥させた。フォイル表面を安定化し接着接合可能な表面を維持するために、下塗り剤を薄塗膜としてサンプル１〜サンプル４に塗布した。下塗り剤はコンポジットと親和性の任意タイプの樹脂でよく、例えばエポキシ、ビスマレイミド、ポリイミド、ポリエステル、フェノール類、シアナートエステルおよびフタロニトリルが含まれるがこれに限定しない。
【００３１】
表１の各コンポジットを試験して層間せん断強さを調べた。試験前に、各コンポジットの試験片に以下の表２に概要を示す条件１〜条件４を課した。条件の意図は、コンポジットが曝露されると考えられる大気水分等の様々な環境を模倣することである。
【００３２】
【表２】
2008115458.tif 000004
【００３３】
前記表１のコンポジットサンプル１つにつき１２個の試験片を準備した（表２の条件ごとにサンプルを３個）。各試験片を切断して１／２インチ幅とし、距離対高さ比４：１でクロスヘッドスピードを１分あたり０.０５インチとして、４点ショートビームせん断（ＳＢＳ）試験を実施した。試験により各試験片の層間せん断強さを測定した。
【００３４】
図５は、４つの条件を課した各コンポジットサンプルのショートビームせん断（ＳＢＳ）試験の結果をプロットした図である。図５の各ＳＢＳ値はその条件を課した３個のサンプルの平均値である。ＳＢＳ値はコンポジット内の接合強さを示すものなので、値は高い方が好ましい。
【００３５】
図５に示すように、ベースラインサンプルはチタンフォイルを含まず、適切な接合が確立されるように表面処理する必要がないので、全ての条件で最も高い値を示した。サンプル１は、ベースラインサンプルよりも、４つの条件全てにおいてＳＢＳ値が低かった。サンプル１のチタンフォイルに施した表面処理には、最初の洗浄工程として蒸気噴霧が含まれる；ただし、この表面処理はフォイルに損傷を与えるので形成フォイルには使用しない。サンプル２は、サンプル１と比べ、４つの条件全てで高いＳＢＳ値を示した。サンプル２では、最初の洗浄工程で硝酸／フッ化水素酸溶液にフォイルを浸漬した。サンプル２は、サンプル３〜サンプル６と比べても、全ての条件で高いＳＢＳ値を示した。サンプル２に施した表面処理（前記表１参照）は本発明の好ましい実施例である。
【００３６】
サンプル３の場合、条件３および条件４の試験片は湿潤老化試験中に剥離した。サンプル３は、エッチングで生じたフォイル上の付着物を除去するために硝酸でスマット除去することの重要性を示している。サンプル６の条件３および条件４でも湿潤老化試験中に剥離し、サンプル５の条件４も同様であった。条件３および条件４は耐環境性の指標であるので、湿潤老化試験中の剥離は重要視される。
【００３７】
サンプル４では、フォイルの表面処理にアルカリ洗浄、エッチングおよびスマット除去の工程を含まなかった。図５に示すように、サンプル４は、サンプル２と比べて、条件１〜条件４でＳＢＳ値が低下した。しかし、条件１，２，４では、サンプル２とサンプル４のＳＢＳ値の差は僅かであった。さらにサンプル４では、サンプル３，５，６と異なり、条件３および条件４のいずれでも湿潤老化試験中に剥離しなかった。サンプル４に施した表面処理（前記表１参照）は本発明の別の実施例である。
【００３８】
サンプル５は、条件１と条件２に関してＳＢＳ値が低下しており、条件４では湿潤老化試験中に剥離した。サンプル５の結果は、コンポジット内で適切な接合を実現するためにフォイルへ下塗り剤を塗布することの重要性を示している。最後に、サンプル６は条件１および条件２で低いＳＢＳ値を示し、条件３および条件４では湿潤老化試験中に剥離した。サンプル６は、蒸気噴霧とアルカリ洗浄を実施するがエッチング工程を実施しないと、適当な耐久性を有する接合が得られないことを示している。図５の試験結果に基づくと、チタンフォイルを表面処理して強力な接着接合を助成するには、サンプル２およびサンプル４に施した表面処理が最良の結果である。
【００３９】
せん断強さ試験の後、破壊した試験片を評価して破壊が接着破壊であるか凝集破壊であるかを決定した。接着破壊は、破壊状態が接着剤部からフォイル界面に及ぶ場合に起きる。凝集破壊とは接着剤部内の破壊のことで、理想的破壊状態である。
【００４０】
【表３】
2008115458.tif 000005
【００４１】
表３に示すように、ベースラインサンプルは全くチタンを含有しないので、ベースラインサンプルが条件３および条件４で接着破壊を起こさない唯一のサンプルであった。サンプル１，２，４は、条件１および条件２で凝集破壊を起こしたが、これに対してサンプル３，５，６は、全ての条件で接着破壊を起こした。前述のように、サンプル１のフォイルに施した表面処理は、フォイルに損傷を与えるので、形成フォイルには利用できないと考えられる。従って、表３のデータは図５の結果を実証するものである。サンプル２に施された表面処理が、コンポジット内で接着接合できるチタンフォイルを製造するのに最良の結果である。また、サンプル４に施された表面処理は、サンプル２の結果と同様で、接着接合できるフォイル表面を製造するに足るものである。コンポジット内で電熱ヒータとして使用する薄チタンフォイルの製造に関して表面処理を記載しているが、本発明の表面処理は、薄チタンフォイルの表面処理が求められる別の用途に使用してもよいことが認識されている。
【００４２】
図６は、エンジンまたは機体構成部品の上もしくは内部で電熱ヒータとして使用されるヒータアセンブリに薄チタンフォイルを組み付ける方法５０を示すブロック図である。チタンフォイルは図１のフォイル１２に類するものでよく、構成部品は図４のコンポジット４０に類するものでよい。方法５０は、ヒータアセンブリ内でフォイルと接着剤との間に耐久性の接合を確立するための、１つのフォイル表面処理法を含むが、この方法に限定しない。
【００４３】
方法５０は工程５２〜工程７０を含み、チタンフォイルを成形する任意工程（工程５２）から始まる。図２を参照して前述したように、ヒータエレメントとしてのフォイルの働きを最大限に引き出せる特殊な形状にするため、一般的にチタンフォイルを成形するかまたはエッチングする。フォイルは通常フォトエッチング法で成形される。形成フォイルはたいてい非常に脆弱で壊れやすいので、付形前にフォイルへ支持層を取り付けてよい。このように、工程５２は、フォイルの成形前にフォイルへ支持層を取り付ける初期工程を含んでよい。
【００４４】
工程５４〜工程６６は、図５および表２で前述した試験結果に基づいてフォイルを表面処理するための１つの方法を示している。工程５４は洗浄工程で、ここでフォイルを硝酸およびフッ化水素酸溶液に浸漬させてよい。次に、工程５６で、フォイルをＥｎｐｒｅｐ３５のような弱アルカリ洗浄液で洗浄してよい。次工程は、Ｔｕｒｃｏ５５７８−Ｌのようなアルカリエッチング液でフォイルをエッチングする工程である（工程５８）。工程５８のエッチング法によるフォイル表面の薬品侵食は僅かである；したがって、工程５８ではフォイルの全体形状に変化はない。しかし、フォイル表面に黒色付着物またはスマットが生じる。それ故、工程６０で、硝酸を用いてスマット除去を行う。
【００４５】
工程６２では、一般的に知られている圧力洗浄に代えて超音波水処理によりフォイルを洗浄するが、圧力洗浄では前述のように薄フォイルが損傷を受けると考えられる。工程６４は乾燥工程であり、フォイルを熱気体循環炉に放置する方法を含んでよいがこれに限定しない。最後に、工程６６で、フォイルへ下塗り剤を塗布してフォイル上に薄い保護膜を製造してよく、これにより接合し易いように処理した表面が保持される。チタンフォイルを工程６４の直後にヒータアセンブリの接着剤へ接合させるのであれば、工程６６は任意でよい。そうでなければ、フォイルをヒータアセンブリへ組み込むまでに、フォイル表面の保護のため工程６６を実施してよい。
【００４６】
工程５４〜工程６６は、フォイルがヒータアセンブリ内の周辺層へ適切に接合できるようにフォイルを表面処理する方法を示す。フォイルを表面処理するための別の方法も本発明の範囲に含まれると認識される。例えば、実施例で、方法５０の工程５６〜工程６０は省略してよく、そうであってもフォイル表面は接着剤と適切に接合できるように製造される。
【００４７】
工程６８および工程７０は、フォイルの表面処理（工程５４〜工程６６）後に実施してよい。工程６８および工程７０は表面処理直後または時間をおいた後に実施してよい。工程６８では、フォイルをヒータアセンブリへ組み付けるが、ヒータアセンブリは少なくとも１層の電気的に絶縁された層を含んでよい。前述しかつ図１および図３で示したように、フォイルを電気絶縁層へ取り付けるため、接着剤フィルムを最初にフォイルへ直に施してよい。好ましい接着剤フィルムの例はビスマレイミド（ＢＭＩ）である。ヒータアセンブリがエンジンまたは機体の構成部品表面上に設置される設計の場合、ヒータアセンブリは第１接着剤フィルムでフォイルへ接着された電気絶縁層を１層だけ含んでよい。フォイルの逆側の表面へ取り付けられる第２接着剤フィルムは、エンジンまたは機体の構成部品表面へ直に接着してよい。
【００４８】
接着剤フィルムの代わりに、フォイルを電気絶縁層間に挿入し、次にＢＭＩのような樹脂を注入してよく、樹脂はフォイルを周辺層へ接着させる接着剤の役目を果たす。
【００４９】
最後に、工程７０では、ヒータアセンブリを氷形成しやすい構成部品に内蔵させてよいが、このことは表題が「ＴＩＴＡＮＩＵＭ  ＦＯＩＬ  ＡＳ  Ａ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ  ＨＥＡＴＥＲ  ＥＬＥＭＥＮＴ」（構造的ヒータエレメントとしてのチタンフォイル）である同時係属出願に記載されており、該出願は参照により本明細書に組み込まれたものとする。これに代えて、または、これに加えて、ヒータアセンブリを構成部品表面へ取り付けてもよい。どちらの場合も、ヒータアセンブリのフォイルは、構成部品における着氷防止や氷形成防止のための電熱ヒータとして機能できるように成形される。
【００５０】
薄チタンフォイルを表面処理するための前述の方法は、複雑に成形されたフォイルおよび非形成フォイルのいずれにも実施できる。表面処理法はコンポジット内の熱電ヒータとして使用されるフォイルに関して記載されているが、該表面処理を、別の層と接合するよう設計された薄チタンフォイルを含む、様々な別の用途に利用してもよい。
【００５１】
エンジン高速稼動中の砂による激しい本体侵食から構成部品を保護するために、前記フォイルに類するチタンフォイルをエンジン構成部品の外表面へ取り付けてもよい。チタンフォイルは表面の侵食防止バリアとして働くが、時には、チタンフォイルがヒータアセンブリに使用するフォイルに関して前述した範囲を越える厚さを有してもよい。５ｍｉｌを下回る厚さのチタンフォイルでも耐侵食性を示すが、厚いフォイルの方が優れた耐久性を示すと考えられる。別の例として、前述のように表面処理したチタンフォイルを金属製のアセンブリに使用してよく、この際、チタンフォイルは少なくとも１層の別の金属層と接合している。
【００５２】
湾曲部やその他の形状を有する複雑な外形のフォイルだとフォイルがより脆弱になり、通常の表面処理技術では処理が困難であるが、ここに記載した表面処理はそのような複雑な外形のフォイルにも実施してよい。チタンフォイルが丸型または非平面型の表面へ取り付けるように設計される場合、フォイルを表面へ取り付ける前にフォイルに輪郭付けしてもよい。場合によっては、取り付け前に輪郭付けしないとフォイルが表面へ十分に合致できず、フォイルにしわや裂けが生じる。フォイルはストレッチ成形や絞り成形のような公知の技術で輪郭付けされる。
【００５３】
図６で示しかつ前述した、ヒータアセンブリ内にチタンフォイルを組み付ける方法は、表面処理（工程５４〜工程６６）の前にフォイルを輪郭付けする任意工程を含んでよい。成形フォイルまたは非成形フォイルに輪郭付け工程を実施できる。フォイルを成形しなければならない場合は、成形工程（工程５２）の前または後に輪郭付け工程を実施してよい。
【００５４】
ここで使用される専門用語は、記載の目的で用いる用語であって記載を制限するものではない。ここに開示する特殊な構造および機能の詳細は、それに限定すると解釈されるのではなく、当業者が本発明を様々に利用するための指針を示す基礎事項に過ぎない。本発明は好ましい実施例を参照して記載したが、当業者は、本発明の真意および範囲から外れない限り、慣例的な変更および詳細な変更を実施してよいことを認識している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１フィルム接着剤および第２フィルム接着剤で挟まれた薄チタンフォイルを含むフィルムアセンブリの概略図。
【図２】薄チタンフォイルを含むフィルムアセンブリの別の実施例を示す概略図。
【図３】第１強化層および第２強化層に挟まれた図２のフィルムアセンブリを含むヒータアセンブリの概略図。
【図４】複数の織物層の間に挿入された図３のヒータアセンブリを含むコンポジットの概略図。
【図５】種々のコンポジットサンプルでの接着強さをプロットした図。コンポジットサンプル内のチタンフォイルは異なるフォイル表面処理法を用いて作成される。
【図６】エンジン構成部品または機体構成部品の上または内部で熱電ヒータとして使用するヒータアセンブリに薄チタンフォイルを取り付ける方法を図式化したブロック図。
【図１】
2008115458.tif 000006
【図２】
2008115458.tif 000007
【図３】
2008115458.tif 000008
【図４】
2008115458.tif 000009
【図５】
2008115458.tif 000010
【図６】
2008115458.tif 000011