(57)【要約】【課題】従来の方法における複雑で高価な工具類を必要としない接着材料を提供する。【解決手段】除去可能な接着材料１４を再利用可能な複合構造１２の第一の面に接して配設すること、使い捨て可能な複合構造１６の第一の面を前記除去可能な接着材料１４に接して配設することで複合構造アセンブリ１０を形成すること、および前記複合構造アセンブリ１０を硬化することを含む複合構造を製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再利用可能な複合構造の第一の面に接して、除去可能な接着材料を配設するステップと、
使い捨て可能な複合構造の第一の面を前記除去可能な接着材料に接して配接し、複合構造アセンブリを形成するステップと、
前記複合構造アセンブリを硬化させるステップと、
を含むことを特徴とする複合構造の製造方法。
【請求項２】
前記除去可能な接着材料を配設するステップが、
剥離フィルムをはがして前記除去可能な接着材料の接着面を露出させるステップと、
前記再利用可能な複合構造の前記第一の面を前記除去可能な接着材料の前記接着面に付着させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の複合構造の製造方法。
【請求項３】
前記付着させるステップが、前記除去可能な接着材料を手作業で付着させることを含む請求項２に記載の複合構造の製造方法。
【請求項４】
前記使い捨て可能な複合構造の第一の面を配設するステップが、
剥離フィルムをはがして前記除去可能な接着材料の接着面を露出させるステップと、
前記使い捨て可能な複合構造の前記第一の面を前記除去可能な接着材料の接着面に付着させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の複合構造の製造方法。
【請求項５】
前記付着させるステップが、前記使い捨て可能な複合材料を手作業で付着させることを含む請求項４に記載の複合構造の製造方法。
【請求項６】
前記硬化させるステップが、前記複合構造アセンブリを約１５０〜４５０°Ｆ（６５〜２３２°Ｃ）までの温度で、約２５〜２５０ｐｓｉの圧力をかけて硬化させることを含む請求項１に記載の複合構造の製造方法。
【請求項７】
再利用可能な複合構造の第一の面に接して、シリコーンシートの第一の接着面を配設するステップと、
使い捨て可能な複合構造の第一の面を前記シリコーンシートの第二の接着面に接して、配設する複合構造アセンブリを形成するステップと、
前記複合構造アセンブリを硬化させるステップと、
を含むことを特徴とする複合構造の製造方法。
【請求項８】
前記シリコーンシートの前記第一の接着面を配設するステップが、
剥離フィルムをはがして前記シリコーンシートの前記第一の接着面を露出させるステップと、
前記シリコーンシートの前記第一の接着面を前記再利用可能な複合構造の前記第一の面に付着させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の複合構造の製造方法。
【請求項９】
前記付着させるステップが、前記シリコーンシートを手作業で付着させることを含むことを特徴とする請求項８に記載の複合構造の製造方法。
【請求項１０】
前記使い捨て可能な複合構造の第一の面を配設するステップが、
剥離フィルムをはがして前記シリコーンシートの前記第二の接着面を露出させるステップと、
前記使い捨て可能な複合構造の前記第一の面を前記シリコーンシートの前記第二の接着面に付着させるステップと、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の複合構造の製造方法。
【請求項１１】
前記付着させるステップが、前記シリコーンシートを手作業で付着させることを含む請求項１０に記載の複合構造の製造方法。
【請求項１２】
前記硬化させるステップが、前記複合構造アセンブリを約１５０〜４５０°Ｆ（６５〜２３２°Ｃ）の温度で、約２５〜２５０ｐｓｉの圧力をかけて硬化させることからなることを特徴とする請求項７に記載の複合構造の製造方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの面を持つ再利用可能な複合構造と、
少なくとも１つの面を持つ使い捨て可能な複合構造と、
前記再利用可能な複合構造と前記使い捨て可能な複合構造との間における除去可能に配設された除去可能な接着材料と、
を含むことを特徴とする複合構造アセンブリ。
【請求項１４】
前記除去可能な接着材料がシリコーンシートであることを特徴とする請求項１３に記載の複合構造アセンブリ。
【請求項１５】
前記除去可能な接着材料が、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２規格による約３００〜１５００ｐｓｉの引張強度、ＡＳＴＭ  Ｄ６２４規格による約１００〜４００ｐｓｉの引裂き強度、約５００〜５０００ｐｓｉの弾性係数、約２００〜２０００ｐｓｉのせん断強度、及びＡＳＴＭ  Ｄ４１２規格による約１００〜８００％の延び率を有することを特徴とする請求項１３に記載の複合構造アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接着材料に関し、さらに詳しくは、衝撃荷重を受ける交換可能部品用の除去可能な接着材料に関する。なお、米国海軍との契約番号Ｎ０００１９−０２−Ｃ−３００３によってなされた本発明には、米国政府が一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンの部品は、使用条件に適合する強く耐久性のある結合を実現するために、構造的な接着材料によって二次的に結合された多くの部品からなる。これらの構造は、複合部材に結合された複合部材、金属に結合された複合部材、あるいは金属に結合された金属などからなる。最も高価でかつ複雑な部品は耐用年数を長くして再利用が可能であるように設計される一方、耐用年数の短い複合部材又は金属部品は使い捨て可能であり、かつ交換可能であるように設計されることが望ましい。
【０００３】
例えば鳥の衝突などの強い荷重が発生しても耐えることを要求される、接着材料で結合された構造は、構造的に強く耐久性のある結合を持たなければならず、通常、境界面の結合強度を下げるように設計された結合方法を用いることはない。使い捨て可能な部品を交換する場合は、再使用可能な部品の表面上に残った接着材料を除去又は処理しなければならない。残った接着材料は一般に除去が困難であり、機械（力学）的な作用を必要とするが、それは部品の表面を傷つける恐れがある。ジェットタービンエンジンが機体に取り付けられた状態で、部品の交換を現場の条件下で行う場合は、残った接着剤の除去は特に困難である。そのため、機械的処理や化学的処理をせずに、残った接着剤を除去できるようにすることが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多くの場合、ガスタービンの部品は、組み立て作業中に正確に配列されるように、また設計限界に適合する空力的な面が得られるように、厳しい寸法許容限度が課せられる。通常のシリコーン系接着剤ペーストを使用する場合、空力的な流路面に対して各部品を固定する工具を用いることによって、接着作業中における再使用可能な部品に対する交換可能部品の位置合わせがなされる。このような工具の複雑さとコストを低減するために、厚みが制御され、かつ流動性が制限された接着材料が望まれる。またペースト状の接着剤を使用する際、必要な部位に制御された寸法で接着剤を塗布するためには、所定量の接着剤を量り取って塗布することのできる熟練労働者又は装置を必要とする。そのため、使用する前に所定の形状に容易に切り取ることができ、また通常の手動工具で部品に付着できる接着材料が望まれる。
【０００５】
このように、従来の方法における複雑で高価な工具類を必要としない、接着材料が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、複合構造を製造する方法は、再利用可能な複合構造の第一の面に接して、除去可能な接着材料を配設し、前記除去可能な接着材料に接して、使い捨て可能な複合構造の第一の面を配設して複合構造アセンブリを形成し、前記複合構造アセンブリを硬化することを広く含む。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、複合構造を製造する方法は、シリコーンシートの第一の接着面を再利用可能な複合構造の第一の面に接して配設し、使い捨て可能な複合構造の第一の面を前記シリコーンシートの第二の接着面に接して、配設することにより複合構造アセンブリを形成し、前記複合構造アセンブリを硬化することを広く含む。
【０００８】
本発明の更に別の態様によれば、複合構造アセンブリは、少なくとも１つの面を有する再利用可能な複合構造と、少なくとも１つの面を有する使い捨て可能な複合構造と、前記再利用可能な複合構造と前記使い捨て可能な複合構造との間に剥離可能に配設された除去可能な接着材料と、を広く含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の複合構造１０を示す。複合構造１０はニッケル系又はコバルト系合金を含む超合金材料で形成された任意の部品であり、ガスタービンエンジン内で使用される再利用可能な複合構造１２である。使い捨て可能な複合構造１６と複合構造１２とを互いに固定するのに十分な量の除去可能な接着材料１４を用いて、使い捨て可能な複合構造１６を複合構造１０に取り付けることができる。「使い捨て可能な複合構造」とは、除去した後に修理することが容易でなく、経済的でない部品又は構造を意味する。「再利用可能な複合構造」とは、損傷した部品を除去して交換することにより修復することの方が経済的な部品又は構造を意味する。
【００１０】
一般に除去可能な接着材料１４は、手作業又は機械による切断作業（例えばダイカッティング）、およびその後の製造中の加工作業を受けても劣化せずに耐えられる接着材料であればよい。この除去可能な接着材料は、手作業で部品表面に塗布された場合、所定位置に留まるのに十分な付着力を示す。さらに、除去可能な接着材料は、再利用可能な複合構造と使い捨て可能な複合構造との間における寸法変化に対応するのに十分な流動性を示すが、硬化される場合は、圧力下においてボンドライン内に留まり、制御されたボンドラインの寸法が得られる。航空分野への応用に関しては、例えばエンジンの運転条件下での飛行中の鳥の飛び込みや外来物体による損傷のような強い衝撃荷重の発生を含むあらゆるエンジンの運転条件において、除去可能な接着材料は、結合状態を維持する能力を保つ。さらに、除去可能な接着材料は、使い捨て可能な部品から分離された後に、部品を損傷する可能性のある機械操作または化学処理を行わずに、再利用可能な複合構造の表面から除去可能な性質を有する。
【００１１】
より詳細には、この除去可能な接着材料１４は、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２規格による約３００〜１５００ｐｓｉ、好ましくは約８５０ｐｓｉの引張り強度、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２規格による約１００〜８００％、好ましくは約４００％の延び率、ＡＳＴＭ  Ｄ６２４規格による約１００〜４００ｐｓｉ、好ましくは約２５０ｐｓｉの引裂き強度、約５００〜５０００ｐｓｉ、好ましくは約８７５ｐｓｉの弾性係数（Ｍｏｄｕｌｕｓ  ｏｆ  Ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）、及び約２００〜２０００ｐｓｉ、好ましくは約５００ｐｓｉのせん断強度などの機械的（力学的）特性を持つ。接着材料の除去を可能にする接着材料のこれらの特性は、せん断強度と組み合わせた、接着材料の組成物の高い引張り強度および引裂き強度である。このような特性の組み合わせにより、引き剥がす力が加わったときに接着材料が悪影響を受けずに取り除かれる。かかる望ましい力学的性質を示す適切な除去可能な接着材料には、Ａｒｌｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎが販売しているＲ３６８３０Ｎ０１５や、フッ化シリコーン、アクリル、メタクリレート、フッ化炭素材料などが含まれる。このような除去可能な接着材料１４は、当業者であれば周知の手作業により、あるいは当業者であれば周知な機械的な方法により、再利用可能な複合構造１２に付着することができる。
【００１２】
一般的に、当業者であれば複数の周知の技法を用いて、複合構造１０を組み立てることができる。例えば、当業者であれば周知の多数ある清浄化技術のうち任意の１つを用いて、除去可能な接着材料１４に接合するための準備として再利用可能な複合構造１２を処理することができる。必要であれば、除去可能な接着材料１４を再利用可能な複合構造１２の寸法に切断しても良い。次に、手作業で、あるいは機械や自動化された装置を用いて、再利用可能な複合構造１２の清浄化された表面に除去可能な接着材料１４を付着させる。それから、当業者であれば周知の技術を用いて、使い捨て可能な複合構造１６を受けるように、除去可能な接着材料１４の露出面を処理することができる。例えば、除去可能な接着材料１４を準備するためには剥離フィルムをはがして、除去可能な接着材料１４の粘着性のある接着面を露出させる必要がある。準備が整ったら、手作業で、あるいは機械処理や化学処理で、使い捨て可能な複合構造１６を除去可能な接着材料１４に付着して複合構造１０を形成することができる。最終的な複合構造１０は当業者であれば周知の多数ある硬化技術のうちの任意の１つを使用して硬化することができる。例えば約１５０〜４５０°Ｆ（６５〜２３２°Ｃ）の温度で、また約２５〜２５０ｐｓｉの圧力で複合構造１０を硬化すればよい。硬化の条件は正確には、特定の接着材料の化学的特性によって決められる。ＡｒｌｏｎのＲ３６８３０Ｎ０１５の場合は、３００°Ｆの温度で９０分間、シリコーン接着材料を硬化させる。
【００１３】
図２〜図４は、再利用可能な複合構造１２から、使い捨て可能な複合構造１６および除去可能な接着材料１４を取り除くための一連の工程を示す。図２は除去可能な接着材料１４から使い捨て可能な複合構造１６を取り外す工程を示す。使い捨て可能な複合構造１６は、当業者であれば周知の任意の適切な技法を使って取り外すことができる。図３は再利用可能な複合構造１２から除去可能な接着材料１４を取り除く工程を示す。この除去可能な接着材料１４は、再利用可能な複合構造に損傷を与えない、当業者であれば周知の任意の適切な技法を使って取り除くことができる。図４は、接着材料が実質的に取り除かれ、別の使い捨て可能な複合構造に再度接合できる状態にある、残された再利用可能な複合構造１２を示す。
（実験例１）
シリコンカーバイドグリット（＃８０）で表面を削った後、イソプロピルアルコールによる溶剤による洗浄化を行って、ビスマレイミド（ＢＭＩ）樹脂／グラファイト繊維複合パネルを、接着するために準備した。洗浄化されたＢＭＩ樹脂／グラファイト繊維複合パネルに、Ｌｏｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが販売するＣｈｅｍｌｏｃｋ  ６０７でプライミングを行った。Ａｒｌｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎが販売しているＲ３６８３０Ｎ０１５カレンダー処理済みシリコーンシートを鋭い刃物で切断し、カレンダー処理済みシリコーンシートから１枚目の剥離フィルムをはがした後、１つのＢＭＩ樹脂／グラファイト繊維複合パネルに手作業で貼り付けた。Ｒ３６８３０Ｎ０１５カレンダー処理済みシリコーンシートは、パネルの向きに関係なくパネルに安定して付着するのに十分な粘着力を持っていた。次にカレンダー処理済みシリコーンシートの２枚目の剥離フィルムをはがし、２番目のＢＭＩ樹脂／グラファイト繊維複合パネルを付着して複合構造アセンブリを構成した。Ｒ３６８３０Ｎ０１５カレンダー処理済みシリコーンシートは、両方のＢＭＩ樹脂／グラファイト繊維複合パネルがその向きに関係なく互いに安定して付着するのに十分な粘着力を持っていた。この複合構造アセンブリを次に、１００ｐｓｉの圧力下で３００°Ｆ（１４９°Ｃ）に加熱されたプラテンを備えた液圧プレスにおいて硬化した。パネルを点検したところ、パネルの縁でポリマが流れた形跡は見られず、複合構造の厚みの測定値に有意な減少は見られなかった。
【００１４】
室内条件で、ＡＳＴＭ  ３１６５規格に従った張力において、結合した複合構造を二重ノッチせん断試験にかけた結果、５１０〜５７０ｐｓｉの範囲の荷重で接着に関する不良が生じた。接着に関する不良によって、複合部材と接着材料フィルムとの間の境界面において接着が損なわれたことが示された。この強度は、ペースト状のシリコーン接着材料に対して同等のせん断力をかけて行ったサブエレメント試験の結果と比較して、鳥が衝突したときの荷重に耐えるのに十分強いものと判定された。カレンダー処理されたシリコーン接着材料を含む試験片は、本発明にとって好適であるように、複合構造の境界面において接着に関して不良が生じた。カレンダー処理されたシリコーン接着材料のうち残されたシリコーン接着材料は、硬化されたシリコーンシートを手で引き剥がすことにより除去した。複合構造に関しては、硬化されたシリコーンシートは、再利用可能な複合部材の表面に眼に見える残留物を残さずに一体の状態ではがれた。
【００１５】
本発明による複合構造は、複合構造の組み立てに関して多くの利点を持つ。第一に、除去可能な接着材料は制御された厚みにカレンダー処理することができ、手作業で、又はダイカッティングを用いて複雑な形状に切断でき、かつ特殊な工具又は装置を必要とせずに部品に付着させることができる。その結果、除去可能な接着材料を適用するコストが低減される。第二に、接着材料が流れないことによって、制御されたボンドラインの厚みが得られ、そのため工具類の複雑さとコストが低減される。第三に、保管場所又は現場での修理中に機械処理や化学処理を必要とせずに、再利用可能な部品から残留する除去可能な接着材料を取り除くことができる。そのため現場での修理が可能になり、保管所での修理のコストと労力が軽減され、再利用可能な部品の表面を傷つける危険が減少した。最後に、除去可能な接着材料は高い接着せん断強度を持つので、使い捨て可能な複合構造と再利用可能な複合構造との間における結合が、ジェットタービンの運転条件において耐久性を持ち、鳥の飛び込みや外来物体による損傷のような強い衝撃荷重に確実に耐えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の複合構造を示す図。
【図２】図１の複合構造における使い捨て可能な複合部品を除去する図。
【図３】図２の残された複合構造から除去可能な接着材料を除去する図。
【図４】残された再利用可能な複合構造を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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