(57)【要約】【課題】  複合フランジの少なくとも１つの損傷した開口部を補修するためのダブラーアセンブリ、および少なくとも１つの損傷した開口部を有する複合アーチ型フランジを補修する方法を提供する。【解決手段】  ダブラーアセンブリ（２４）は、複合フランジの少なくとも１つの損傷した開口部（１４ａ）を補修する。ダブラーアセンブリ（２４）は挿入部材、接着剤およびサポートを含む。挿入部材は損傷した開口部（１４ａ）内に配置され、複合フランジ（１２）内を通る圧縮荷重の伝達を可能にする。接着剤は、損傷した開口部の近傍の複合フランジの少なくとも一部の上に直接載置される。この接着剤の上にサポートが載置される。【選択図】図３
2007276470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合フランジの少なくとも１つの損傷した開口部を補修するためのダブラーアセンブリであって、
前記複合フランジ内を通る圧縮荷重の伝達を提供することが可能な、損傷した開口部内に配置された挿入部材と、
前記損傷した開口部に近接する複合フランジの少なくとも一部の上に配設される接着剤と、
前記接着剤の上に載置されたサポートと、
を備えたダブラーアセンブリ。
【請求項２】
前記接着剤が、前記サポートを前記複合フランジに接合することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項３】
前記接着剤が、前記複合フランジと前記サポートとの間の伸縮継手として作用することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項４】
前記接着剤が、フルオロエラストマー材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項５】
前記サポートが、金属材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項６】
前記サポートが、少なくとも３つの開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項７】
前記サポートが、少なくとも１つの損傷した開口部を横切って負荷を分散させることが可能であることを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項８】
前記挿入部材が、金属材料を備えることを特徴とする請求項１に記載のダブラーアセンブリ。
【請求項９】
少なくとも１つの損傷した開口部を有する熱可塑性構造の損傷箇所を補修するための補修アセンブリであって、
前記熱可塑性構造内を通る圧縮荷重の伝達を提供することが可能な、損傷した開口部内に配置される挿入部材と、
苛酷な環境において安定であり、かつ前記熱可塑性構造の上に配置された伸縮可能な接着剤と、
前記伸縮可能な接着剤の上に配設された重複サポートであり、熱可塑性構造の熱膨張係数よりも高い熱膨張係数を有する重複サポートと、
を備えた補修アセンブリ。
【請求項１０】
前記重複サポートが、損傷部位を横切って圧縮荷重を分散させることが可能であることを特徴とする請求項９に記載の補修アセンブリ。
【請求項１１】
前記損傷部位が、前記熱可塑性構造の損傷した開口部の近傍の領域であることを特徴とする請求項１０に記載の補修アセンブリ。
【請求項１２】
前記接着剤が、フルオロエラストマーであることを特徴とする請求項９に記載の補修アセンブリ。
【請求項１３】
前記重複サポートが、前記接着剤によって前記熱可塑性構造に接合されることを特徴とする請求項９に記載の補修アセンブリ。
【請求項１４】
前記接着剤が、接合前は半乾き状態であることを特徴とする請求項１２に記載の補修アセンブリ。
【請求項１５】
前記挿入部材が、金属材料を備えることを特徴とする請求項９に記載の補修アセンブリ。
【請求項１６】
前記重複サポートが、金属材料を備えることを特徴とする請求項９に記載の補修アセンブリ。
【請求項１７】
少なくとも１つの損傷した開口部を有する複合アーチ型フランジの補修方法であって、
前記損傷した開口部内に挿入部材を配置し、
前記損傷した開口部に前記挿入部材を取り付け、
前記複合アーチ型フランジに接着剤を適用し、
前記接着剤上に支持構造を配置し、
前記支持構造を前記複合アーチ型フランジに接合することを備えた補修方法。
【請求項１８】
前記支持構造を前記複合アーチ型フランジに接合することが、前記接着剤を約３２０〜３６０°Ｆの温度で硬化させることを備えてなる請求項１７に記載の補修方法。
【請求項１９】
前記支持構造を前記複合アーチ型フランジに接合することが、前記接着剤を約１５〜３０分間硬化させることを備えてなる請求項１８に記載の補修方法。
【請求項２０】
前記支持構造を前記複合アーチ型フランジに接合することが、前記接着剤を約１０〜１００ｐｓｉの圧力で硬化させることを備えてなる請求項１７に記載の補修方法。
【請求項２１】
前記支持構造を前記複合アーチ型フランジに接合することが、前記接着剤に対し、約３４０〜３６０°Ｆの温度で約２〜４時間にわたってポストキュアを行うことを備えてなる請求項１７に記載の補修方法。
【請求項２２】
前記接着剤を適用する前に、前記損傷した開口部からブッシュを除去することをさらに備えてなる請求項１７に記載の補修方法。
【請求項２３】
前記損傷した開口部に前記挿入部材を取り付けることが、この損傷した開口部への挿入部材をエポキシ樹脂で硬化させることを備えた請求項１７に記載の補修方法。
【請求項２４】
前記接着剤が、前記支持構造と前記複合アーチ型フランジとの間の伸縮継手として作用可能であることを特徴とする請求項１７に記載の補修方法。
【請求項２５】
前記接着剤を適用することが、前記接着剤を半乾き状態で適用することを特徴とする請求項１７に記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね複合構造の修復の分野に関する。特に、本発明は複合アーチ型フランジのためのダブラー補修アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリアミドイミドやポリエーテルイミドのような熱可塑性材料で作られた複合構造は、高温およびエンジンで使用される流体に対し耐久性を有する。そのため、これらの複合構造は航空機のエンジン内の高温エンジンオイルなど、他のほとんどのエラストマー材料の機械的特性を低下させるような苛酷な環境にさらされる可能性がある。しかし複合構造が耐熱性を持っていたとしても、熱膨張係数が大幅に異なる金属構造に剛結合された場合、複合構造とその部品は熱応力を受け、弱い複合構造にクラックを生じる。例えば複合材料で形成されたアーチ型フランジは、ボルトが取り付けられたフランジ内の開口部から放射状にクラックを生じ易い。クラックを放置すると、環境による熱応力によりクラックがフランジの端部まで延びて、フランジの全体が破損する可能性がある。
【特許文献１】米国特許第５，８７６，６５１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９６５，２４０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の補修技術は、グラスファイバー／エポキシ積層体、あるいは溶剤もしくは熱で接合された代替部材を使用するフランジ再構築技術に限定されている。これら現行の補修技術のほとんどは、当初の構造と比べて劣る機械的特性を有する補修アセンブリをもたらし、それはまた部品間の熱的な違いを考慮しないものとなる。損傷した複合構造を補修する１つの方法は、構造全体を交換することである。しかしこれはコストがかかるプロセスであり、１つの開口部だけ、あるいは複合構造のわずかな割合だけが損傷した場合においては特にそうである。別の選択肢は、構造の損傷部位に当てた添え板またはダブラー（補強板）アセンブリを使用して、フランジの一片または一部分だけを使用可能な状態に復元することである。損傷した複合構造を補修する別の方法が、Ｂｌａｃｋｂｕｒｎ等に付与された特許文献１および特許文献２に述べられている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ダブラーアセンブリは、複合フランジの少なくとも１つの損傷した開口部を補修する。ダブラーアセンブリは挿入部材、接着剤およびサポートを含む。挿入部材は損傷した開口部内に配置され、複合フランジ内を伝わる圧縮荷重の伝達を可能にする。接着剤は、損傷した開口部の近傍における複合フランジの少なくとも一部の上に直接配置される。この接着剤の上にサポートが載置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１はアーチ型フランジ１２を有する複合シール１０の斜視図である。複合シール１０は熱可塑性材料で形成され、典型的には高温のジェットエンジンオイルのような苛酷な環境にさらされる。アーチ型フランジ１２は複合シール１０から延び、その周囲に沿って複数の開口部１４を有する。アーチ型フランジ１２の開口部１４内にはブッシュ１６とボルト１８（図５Ａに示す）が配設され、複合シール１０をギアボックスのハウジングのような構造に接続するために使用される。複合シール１０が通常置かれる苛酷な環境のために、複合シール１０、特にアーチ型フランジ１２の開口部１４には、常に熱膨張係数の違いによって生じる熱応力が作用する。そのため開口部１４に近接する領域にはクラックが発生する可能性があり、そしてクラックは典型的にはアーチ型フランジ１２上を放射状に外側に向かい、複合シール１０の周辺まで延びる。
【０００６】
図２は、突出端部２０においてクラック１５で損傷した開口部１４ａと、非突出端部２２においてクラック１５で損傷した開口部１４ａを有するアーチ型フランジ１２の上面図である。アーチ型フランジ１２は、片持ち梁状の領域または損傷した開口部１４ａの近傍領域を切りそろえ、損傷した突出端部２０と損傷した非突出端部２２をアーチ型フランジ１２から除去し、損傷していない開口部１４だけをアーチ型フランジ１２に残すという、通常の方法で補修することができる。あるいは、本発明のシステムおよび方法を使用してかかる損傷を補修することもできる。
【０００７】
図３は、ダブラー２４、具体的には２つの異なる３穴型ダブラー２４ａおよび２４ｂを有するアーチ型フランジ１２の上面図である。ダブラー２４に関わる以下の一般的な説明では、以後開示される全てのダブラーに順次言及してゆく。ダブラー２４は好適には、損傷した開口部１４ａおよび損傷した開口部１４ａの近傍の損傷していない開口部１４に重なるように、アーチ型フランジ１２の開口部１４に類似する直径の穴２６を有するように製作される。ダブラー２４は好適には、複合アーチ型フランジ１２の材料よりも強く、またアーチ型フランジ１２が剛的に取り付けられている材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材料で形成される。それにより、既存部分の補修材として機能するように設計されたダブラー２４によって、アーチ型フランジ１２の損傷部位を強化することができる。アーチ型フランジ１２に動作可能に接続（すなわち接合）されるダブラー２４を、損傷した開口部１４ａから放射状に広がるクラック１５をまたぐように適用することができる。ダブラー２４が任意の適切な材料で製造できることを当業者は理解するであろうが、１つの好適な実施形態ではダブラー２４はステンレス鋼で製作される。
【０００８】
図３に示された第一および第二の３穴型ダブラー２４ａおよび２４ｂが、３穴型ダブラー２４の使い方の２つの例を表す。これら具体的な実施形態において、各３穴型ダブラー２４ａまたは２４ｂで覆われた１つの開口部１４ａだけが損傷しており、各３穴型ダブラー２４ａまたは２４ｂで覆われた他の２つの開口部１４は損傷していない。第一のダブラー２４ａでは、損傷した開口部１４ａはアーチ型フランジ１２の非突出端部２２に存在する。そのためアーチ型フランジ１２上への第一のダブラー２４ａの配置は、第一のダブラー２４ａの端の穴２６ａが損傷した開口部１４ａの上に位置し、３穴型ダブラー２４ａの残りの２つの穴２６ｂおよび２６ｃが損傷していない開口部１４の上に位置するように置かれる。
【０００９】
アーチ型フランジ１２上への第二のダブラー２４ｂの配置は、第二のダブラー２４ｂの中央の穴２６ｂが損傷した開口部１４ａの上に位置し、３穴型ダブラー２４ｂの残りの２つの穴２６ａおよび２６ｃが損傷していない穴１４の上に位置するように置かれる。ある実施形態では、２個以下の損傷した開口部１４ａがそこから放射状に広がるクラック１５を有する時、アーチ型フランジ１２の１５個の開口部１４のうちダブラー２４で覆われるものを６個以下にするのが望ましい場合もある。図３に示すように、３穴型ダブラー２４ａおよび２４ｂが覆う３つの開口部のうちの１つだけが損傷している場合、３穴型ダブラー２４ａおよび２４ｂが最も効果的であるが、その他の実施形態も可能である。
【００１０】
４穴型ダブラーの異なる使い方の３つの例を、図４に示す。４穴型ダブラー２４ｃ〜２４ｅは３穴型ダブラー２４ａおよび２４ｂと同様に機能するが、４穴型ダブラー２４ｃ〜２４ｅは３個だけではなく４個の穴を有するように設計されている点が異なる。４穴型ダブラー２４ｃでは、損傷した開口部１４ａはアーチ型フランジ１２の非突出端部２２にある。したがって４穴型ダブラー２４ｃのアーチ型フランジ１２上への配置は、第三のダブラー２４ｃの端の穴２６ａが損傷した開口部１４ａの上に位置し、４穴型ダブラー２４ｃの残りの３つの穴２６ｂ〜２６ｄが損傷していない開口部１４の上に位置するように置かれる。ある実施形態では、４穴型ダブラー２４ｃの最後の穴２６ｄが損傷していない開口部１４を覆い、中間の穴２６ｂおよび２６ｃの少なくとも１つもまた、損傷していない開口部１４を覆う。
【００１１】
４穴型ダブラー２４ｄが隣接する２つの損傷した開口部１４ａを補修するために使用された状態を示す。アーチ型フランジ１２を補修するには、４穴型ダブラー２４ｄの中間の穴２６ｂおよび２６ｃが損傷した開口部１４ａの上に位置し、損傷した開口部１４ａの両側にある端の穴２６ａおよび２６ｄが損傷していない開口部１４の上に位置するように、４穴型ダブラー２４ｄを配設すればよい。
【００１２】
４穴型ダブラー２４ｅが、アーチ型フランジ１２の突出端部２０上にある隣接する別の２つの損傷した開口部１４ａを補修するために使用された状態を示す。４穴型ダブラー２４ｅの端の穴２６ｄと中間の穴２６ｃが損傷した開口部１４ａに位置し、端の穴２６ａと中間の穴２６ｂが損傷していない開口部１４の上に位置するように、４穴型ダブラー２４ｅが配設される。ある実施形態では、４個以下の損傷した開口部１４ａがそこから放射状に広がるクラック１５を有する時、１５個の開口部１４のうちダブラー２４で覆われるものを８個以下にするのが望ましいであろう。図４に示すように、４穴型ダブラー２４ｃ〜２４ｅが覆う４つの開口部のうちの２つだけが損傷している場合、４穴型ダブラー２４ｃ〜２４ｅが最も効果的であろうが、その他の実施形態も可能である。
【００１３】
図５Ａ，５Ｂはそれぞれ、２つの損傷していない開口部１４と１個の損傷した開口部１４ａを有するアーチ型フランジ１２の部分的側面図および部分的上面図である。使用に当たっては、アーチ型フランジ１２の各開口部１４内にブッシュ１６とボルト１８が配設される。ブッシュ１６は、アーチ型フランジ１２を貫通するボルト１８のための圧縮負荷の経路を与える。強い熱応力を受けると、開口部１４はクラックという形態の損傷を受ける可能性がある。損傷した開口部１４ａは、クラック１５が損傷した開口部１４ａからアーチ型フランジ１２上の周囲まで放射状に向かうことで特徴付けられる。アーチ型フランジ１２に損傷した開口部１４ａがある場合、ダブラー２４（図６Ａおよび６Ｂに示す）を使用してアーチ型フランジ１２を補修できる。
【００１４】
図６Ａおよび６Ｂは、それぞれダブラー２４が取り付けられたアーチ型フランジ１２の部分的側面図および部分的上面図である。ダブラー２４は、アーチ型フランジ１２の損傷した部位を通って荷重を伝達させ、圧縮荷重を開口部１４に分散させる。アーチ型フランジ１２の表面の上には薄いシートまたは厚いフィルム状の接着剤２８を載置して、アーチ型フランジ１２とダブラー２４の間の伸縮継目として機能させることができる。接着剤２８をアーチ型フランジ１２の上に載置する前に、接着剤２８に穴３０をあけて、開口部１４内に挿入部材３２を載置して、開口部１４に重なるようにしてもよい。接着剤２８は任意の適切な材料で形成できる。ある実施形態では、接着剤２８は、例えばオハイオ州カイヤホガフォールズのイーグル・エラストマー社より市販されているＤｕＰｏｎｔ’ｓ  Ｖｉｔｏｎ（登録商標）フルオロエラストマーなどの、高温環境において安定なフルオロエラストマーフィルムである。実施形態によっては、フルオロエラストマーの、ゴムに類似した延性特性によって、高温に加熱されたときの熱膨張の差を許容するので、これを接着剤２８に使用するのが望ましい場合がある。それに加えて、高温の航空機エンジンオイル近傍のような苛酷な環境において必要な流れ抵抗のために、フルオロエラストマーが採用される。次にダブラー２４を接着剤２８の上に載置してアーチ型フランジ１２に付着させ、アーチ型フランジ１２の損傷部位にまたがるようにすることができる。
【００１５】
図７は、１箇所以上の損傷した開口部１４ａを有するアーチ型フランジ１２にダブラー２４を取り付ける非限定的な方法を例示する。先ずステップ１００で表されるように、アーチ型フランジ１２の表面を清浄化して、必要ならばクラックの入った材料の形を整えることができる。ブッシュ１６の周囲の損傷した開口部１４ａ内に接着剤があれば除去される。それに加えて損傷した開口部１４ａの両側の開口部１４内に残るブッシュ１６も除去することができる。
【００１６】
ある実施形態では、ステップ１０２で表されるように、ダブラー２４にタック溶接するか、またはアーチ型フランジ１２に接着するような任意の適切な方法で、補修挿入部材３２をアーチ型フランジ１２に取り付けることができる。挿入部材３２は、例えば金属材料のような任意の適切な材料を備える。実施形態によっては、最初のブッシュ１６の代わりに挿入部材３２を損傷した開口部１４ａに高温エポキシで接着できる。挿入部材３２は、アーチ型フランジ１２の両面を越えて伸びることにより、アーチ型フランジ１２を貫通する負荷の伝達経路を与える。挿入部材３２によって形成された剛接合は、損傷した開口部１４ａの復元を補助することができる。別の実施形態では、アーチ型フランジ１２の形を整えて損傷部位を除去する場所である、突出端部２０または非突出端部２２のような特定の部位に対して、挿入部材３２を金属ダブラー２４にタック溶接し、それまで突出端部２０または非突出端部２２が占めていた領域の上にダブラー２４が片持ち梁状に張り出して、組み付け中にアーチ型フランジ１２の位置がずれるのを防ぐことができる。
【００１７】
ある実施形態では、次にアーチ型フランジ１２の開口部１４に合致するように穴３０を接着剤２８内に開けることができる。ダブラー２４に対して好適には、特定のアーチ型フランジ１２の必要に応じて、任意の適切な数の穴を機械加工する（ステップ１０４に示される）。接着剤２８内の穴３０を、アーチ型フランジ１２の開口部１４および損傷した開口部１４ａ内に配設された挿入部材３２と整列させた後で、ステップ１０６において接着剤２８がアーチ型フランジ１２の表面に適用される。次にステップ１０８で、ダブラー２４の穴２６が開口部１４および１４ａと位置合わせされる。ある実施形態では、挿入部材３２とダブラー２４とが互いに接着するのを防ぐことが好ましい場合もある。またある実施形態では、接着剤２８が硬化する間、ダブラー２４がアーチ型フランジ１２に機械的に固定される。
【００１８】
最初に接着剤２８をアーチ型フランジ１２上に載置する際、接着剤２８が半乾きの状態であることが好ましい。次にステップ１１０に示されるように、アーチ型フランジ１２とダブラー２４に付着した接着剤２８を硬化させるのに十分な温度に接着剤２８を加熱する。接着剤２８はまた、アーチ型フランジ１２とダブラー２４の両方と接触するのに十分な圧力で硬化させてもよい。実施形態によっては、真空または約１０ｐｓｉ〜１００ｐｓｉの圧力で約１５〜３０分間、接着剤２８を約３２０〜３６０°Ｆの温度に加熱してもよい。次に固定具を除去する前にダブラー２４を約１５０°Ｆに冷却させる。ダブラー２４を冷却した後、ステップ１１２で接着剤２８がポストキュアされる。実施形態によっては、約２〜４時間、約３４０〜３６０°Ｆの温度に加熱することにより、接着剤２８のポストキュアを行ってもよい。
【００１９】
次にステップ１１４に示されるように、ダブラー２４の外周の周囲に接着剤２８を維持しながら、余分な接着剤２８があればそれが開口部１４および１４ａから取り除かれる。接着剤がダブラー２４と挿入部材３２の間での荷重の伝達を妨げないように、挿入部材３２とダブラー２４の接触表面からは排除されることが好ましい。
【００２０】
本発明のダブラーアセンブリを使用して、過酷な環境にさらされる複合構造など、様々な複合構造の損傷した開口部の補修を行える。
【００２１】
本発明の好適な実施形態を説明してきたが、本発明の趣旨と範囲から逸脱せずに変更が行えることを、当業者は認識するであろう。例えば、開口部が３個または４個だけのダブラーについて説明したが、本発明のダブラーは任意の数の開口部を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】開口部を有するアーチ型フランジの斜視図である。
【図２】損傷した端部を有するアーチ型フランジの上面図である。
【図３】２つの異なる位置に３穴型ダブラーを有するアーチ型フランジの上面図である。
【図４】３つの異なる位置に４穴型ダブラーを有するアーチ型フランジの上面図である。
【図５Ａ】損傷したアーチ型フランジの部分的な側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの損傷したアーチ型フランジの部分的な上面図である。
【図６Ａ】ダブラーを有する補修されたアーチ型フランジの部分的な側面図である。
【図６Ｂ】ダブラーアセンブリを有する図６Ａの補修されたアーチ型フランジの部分的な上面図である。
【図７】アーチ型フランジにダブラーを取り付ける方法のブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０…複合シール
１２…アーチ型フランジ
１４…開口部
１４ａ…損傷した開口部
１５…クラック
２４ａ，２４ｂ…ダブラー
【図１】
2007276470.tif 000003
【図２】
2007276470.tif 000004
【図３】
2007276470.tif 000005
【図４】
2007276470.tif 000006
【図５Ａ】
2007276470.tif 000007
【図５Ｂ】
2007276470.tif 000008
【図６Ａ】
2007276470.tif 000009
【図６Ｂ】
2007276470.tif 000010
【図７】
2007276470.tif 000011
【外国語明細書】
2007276470000001.pdf