JPH02502362A - 集合材の接着結合を行うためのエラストマー性球状体による加圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 集合材の接着結合を行うためのエラストマー性球状体による加圧方法 技術分野 本発明は、加圧状態の下で行われる積層合成材料の接着結合に関する。

発明の背景 積層合成集合材はしばしば航空機に使用されている。

この合成材は、その他の技術分野においても同様に普及している。典型的には、 この積層合成集合材は炭素繊維のような材料の様々な層を積層して形成されてお り、それらの層は加圧及び加熱された状態の下で樹脂によって結合されて１つの 集合材イこ形成される。形成された集合材は非常に強い強度を有するとともに、 非常に柔軟且つ軽量でもある。

従来、２つの成形された硬質型の間にこれらの材料を配置し、適当な圧縮力を与 えて最終的な集合材を形成していた。しかしながら、対をなす雄型及び雌型から 成る他の技術に於いては、型面を形成された単一型が使用される。積層される材 料はその型面上に配置され、その組立体が一般に柔軟性のプラスチック等で作ら れた気密性の入れ物に収容される。この入れ物即ちバッグと積層されるべき材料 との間の空間には、一般にアルミニウムで作られた多数の硬質球状体が充填され る。このバッグは真空引きされ、これにより外圧がバッグを球状体に押し付け、 これらの球状体が材料に対して比較的均一な圧力を加え、そしてそれらの材料を 型面に押し付けるのである。この効果は、このパッケージ全体を圧力容器の中に 配置して、バッグにかかる外圧を高めることによって向上させることができる。

圧力容器は、これを加熱することもでき、もって材料を結合させる樹脂を活性化 させて最終的な集合材を形成するようになすことができる。

しかしながら、真空バッグの使用には実質的な欠点がある。最も重大なことは、 バッグを通して漏れが生じたならば、バッグの内部は圧力容器の圧力値に迄加圧 され、材料の層を適当に圧力積層させるのに必要な圧力差が解消されてしまうこ とである。それ故に、このような集合材を形成するための改良された方法が望ま れていたのである。

発明の概要 本発明の一観点によれば、材料を積層した集合材を形成する方法が提供される。

この方法は、積層されるべき多数の層を有してなる集合材の第１の面を硬質モー ルド型の型面に対して配置する段階を含む。この方法は更に、多数の膨張可能な 回転楕円体（ｓｐｂｔｒｏｉｄ）を集合材の他方の面に対して配置して、その集 合材及び回転楕円体を予め定めた容積空間の中に閉じ込める段階を含む。最後に この方法は、容積空間の中の回転楕円体を膨張させて集合材に圧力をかけ、これ により剛性モールド型に対し合材を構成する材料の熱膨張率よりも大きな熱膨張 率を有するのである。又、それらの回転楕円体を膨張させる段階は、その熱膨張 が所要の形成圧力を発生するのに十分な温度にまで回転楕円体を加熱する段階を 含むのである。１実施例に於いては、回転楕円体はシリコーンゴムで形成される 。

本発明の更に他の概念に於いては、この方法は集合材にかかる圧力を変化させる ために、集合材に対する回転楕円体の散在パターンに関しての回転楕円体の粒径 を選択する段階を含む。

図面の簡単な説明 ここで、添付図面に関連した以下の詳細な説明が参照される。添付図面に於いて は、 第１ｖｌＪは、材料を積層した集合材を形成する従来技術を示しており、 第２図は、材料を積層した集合材を形成する本発明の１実施例を示しており、そ して 第３図は、チューブ形に材料を積層した集合材を形成する本発明の１実施例を示 している。

詳細な説明 さて図面を参照すれば、同じ符号は企図を通して同じ或いは対応する部分を示し ており、集合材を形成する従来技術及び本発明の１実施例が示されている。

第１図は従来技術の形成技術を示している。この技術は、硬質型１２と、積層す べき複数の材料１６を有してなる集合材１４と、これらの硬質型１２及び集合材 １４を収容している容積空間が排気できるようになされた包囲フィルム１８とを 含んだパッケージ１０を構成することが必要としている。典型的には、多孔質の ガラス繊維排気シート２０及び一般にアルミニウム製の粒体２２が包装フィルム １８で画成された容積空間内に封入される。

包囲フィルム１８の容積空間が排気されると、粒体２２の間に存在していた空気 がそれらの粒体２２を収容しているシート２０を通して排出される。大気圧とこ の排気された容積空間２４との間の圧力差が高まるに連れて、外気圧がフィルム １８をシート２０に押し付けるようになる。シート２０は従ってこの押し付けら れる力を集合材１４の背面に伝達し、それらの集合材を型１２０面２６に対して 押圧するようになす。図示したように、圧力増強部材２８を粒体２２と集合材１ ４との間に組み込み、これによって圧力差により生じた力を積層されるべき集合 材１４の特定部分に対して作用させるようになすことができる。

典型的には、一度容積空間２４の排気が行われると、パッケージ１０の全体が圧 力容器３０の中に配置され、その圧力容器の内部が加圧され加熱される。この加 圧によって粒体２２を介して集合材１４を面２６に対して押し付けるように作用 する力は増大し、同時に、熱が材料１６を結合するために使用されている樹脂を 硬化させて最終的な積層合成集合材１４を形成するのである。

既に説明したように、従来技術には幾つかの欠点がある。容積空間２４は気密に 構成されねばならない。そうでないと、圧力容器内の圧力が時間をかけて容積空 間２４の中に漏れ込み、粒体２２を介して集合材１４に作用されている力を零に まで低下させてしまう。又、集合材に於ける結合を不適当なものとしてしまうの である。

本発明の第１の実施例が第２図に示されており、パッケージ５０を構成している 。このパッケージ５０もまた硬質型１２を組み込んでおり、これらの硬質型の各 々に型面２６が形成されている。集合材１４は、形成されるべき集合材１４のそ れぞれの第１の面が型面２６に対して配置されるように位置決めされる。各集合 材１４の反対側の面５４は多数の膨張可能な回転楕円体５６によって覆われる。

型１２、集合材１４及び回転楕円体５６は耐圧容器５８の中に収容される。耐圧 容器５８は容積空間６０を画成している。この容器５８は容積空間６０が実質的 に一定に保持されるような十分に強力な材料によって構成される。

本発明の方法によれば、膨張可能な回転楕円体５６は容積空間６０の中で膨張し て、完全な集合材を適当に形成するように集合材１４を型１２に押し付けるのに 必要な力を発生する。これらの回転楕円体５６は熱膨張可能とされるか、或いは その他の適当な技術によって膨張可能とされる。このようにして、この方法はシ ールされた圧力バッグを使用する必要はない。又、本発明の方法は圧力容器を使 用せずにモールド成形する方法を提供するのである。圧力容器は先に説明した従 来技術だけが使用しており、組み合う型部材を形成するのに狭い公差の鋳造が行 われるために高価且つ複雑となっていたのである。

好ましい実施例に於いては、膨張可能な回転楕円体５６は熱膨張率の大きなゴム ボールで形成される。例えば、９、　ＯＸ　１０−’ＣＤｌ１０１１／℃（５０ Ｘ　１０−５ｉｎ／ｉｎ／’Ｆ）の熱膨張係数を有するシリコーンゴムボールが 適当である。回転楕円体の粒径は個々の応用例に応じて変化されるが、多くの応 用例に関して６．　３５ｍｍ　（１／４　ｉｎ）の粒径が良好な標準寸法である と確信する。僅かな９〜１０、８　Ｘ　１００−５ａ／口／℃（５〜６　Ｘ　１ ０−５ｉｎ／　ｉｎ／Ｔ）の熱膨張係数を有する鋼で形成された型、或いは約２ 、１６　Ｘ　１０”ａｎ／ｃｍ／℃（１２Ｘ　１０−５ｉｎ／ｉｎ／’Ｆ）の熱 膨張係数を有するアルミニウムで形成された型を使用する場合には、パッケージ ５０の温度上昇はゴムを型よりも大きな比率にて膨張させ、発生する力は従って パッケージの温度を単に変化させることだけによって制御できることになる。

第３図を参照すれば、チニーブ状の集合材７０を形成するのに使用するための改 良された方法が図示されている。型７２は円筒形とされ、その内径はチニーブ状 集合材７０の所望される外径と等しい。積層されて集合材を形成するための材料 ７４０層及び未硬化樹脂を含んでなる集合材７０が型７２の内部に配置される。

しかる後、集合材の内部に膨張可能な回転楕円体５６が充填され、型７２０両端 をキャップ７６で栓して回転楕円体を封じ込めする。このようにして形成された パッケージを加熱することによって、回転楕円体は型７２及び集合材７０よりも 高い比率で膨張し、これにより材料を互いに対し且つ父型７２の内面に対して押 し付けて結合集合材を形成するのに必要とされる内圧を発生するのである。この 圧力はパッケージを冷却することによって解除される。

しかる後に端部キャップ７６が取り外せるのであり、集合材の内部から回転楕円 体を排出し、そして完成されための内部圧力媒体を構成するのであり、漏れを生 じ易い真空バッグを使用せず、又、結合圧力を得るために圧力容器を必要としな いのである。実際にはこの圧力は作動流体圧力、即ち流体圧力、とされ、集合材 の形状や輪郭並びに回転楕円体の寸法及び密度に応じて回転楕円体から全方向へ 向けて大体均等に伝達される。

この圧力は温度制御によってのみ制御されるのではなく、詰め込むか、或いは別 の方法でその容積空間を単純に充満するのに要するよりも多量の回転楕円体を押 し込むことで回転楕円体に予備荷重をかけることによって、制御されることがで きる。この圧力は、異なるデュロメーター（硬度）のゴム製回転楕円体を使用す ることによっても変化され得る。又、ゴム製の回転楕円体が作られるゴム材料の 合成、或いはそのフンパウンド即ち化合物の硬化または加硫の条件が、この圧力 を変化させるのに使用できるのである。

モールド成形された集合材を形成する力は、利用可能な容積空間を充填するのに 異なる粒径の回転楕円体を使用することによっても調整することができる。小径 の回転楕円体は大きな力を必要とする箇所に使用できる。何故ならば、大きな力 は多数の小径の回転楕円体によって伝達されるからである。

成る応用例に於いては、個々の回転楕円体が集合材と接触する箇所にてその集合 材の表面に凹部を形成する場合がある。この作用は、回転楕円体と集合材の表面 との間に介在される膨張可能な又は潰れ可能な覆いシートを使用することにより て大幅に軽減されることができる。

このような覆いシートは第２図にシート６２として示されている。

本発明の方法は、集合体の内部に中空キャビティを形成することが必要な場合に 従来技術による２個組型設計よりも優れた更に他の利点を与えている。このよう なキャビティは所望されるキャビティに等しい寸法のプラグを使用して通常形成 される。金属製かアルミニウム製かに拘わらずに、正確な形状の或いは大体正確 な形状の型が集合材に作用してそれを他方の型に押し付けるようにするために必 要とされる場合には、完成された集合材にはプラグを取り出すための比較的大き なアクセス開口が備えられねばならない。これに対して、多数の小さな膨張可能 な回転楕円体５６を使用する場合は、形成された集合材の内部に対して非常に小 さなアクセス開口だけが必要とされる。又、固体プラグはすぐに使用不能な状態 に迄磨耗してしまう。膨張可能な回転楕円体を使用すれば、繰り返して熱及び圧 力のサイクルを経過したこれらの回転楕円体を廃棄して新しいボールと交換する ことができるのである。これに代えて、使用される回転楕円体の膨張率が全体的 に低下したならば、その利用可能な容積空間に更に成る量の球状体を追加して、 回転楕円体の全てによる全体的な膨張度合いを均等レベルに維持するようにする ことで簡単に補償できるのである。又、個別の膨張可能な回転楕円体５６を使用 することは、それらの回転楕円体が互いに係止することによって形成された隙間 空間の中に入り込むように回転楕円体が容易に変形し、固体ゴム製プラグマンド レル設計の場合に発生して固体ゴムマンドレルを早期に劣化させることになる大 きな力の中継点（１＋ａｎｓｉｔｎｌ　ｐｏｉｌ　）が生じるのを防止するとい うことを確実となす。

本発明の幾つかの実施例がここに詳細に説明され且つ添付図面に示されたが、部 品や部材の更に他の変更や代替使用が本発明の範囲及び精神から逸脱せずになし 得るということが明白となろう。

国際謹審斡牛

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．材料積層して構成される集合材の結合を行う改良された方法であって、 積層されるべき材料で構成された集合材の第１の面を硬質モールド型の面に対し て配置し、 前記集合材の反対側の面に対して多数の膨張可能な回転楕円体を配置し、 この集合材及び回転楕円体を予め定めた容積空間の中に閉じ込め、そして 回転楕円体を膨張させて集合材を硬質モールド型に押し当てて形成する、 諸段階を含む改良された結合方法。
2. ２．請求項１に記載された方法であって、回転楕円体が熱膨張可能とされ、又、 回転楕円体の膨張段階が、硬質モールド型に押し当てて集合材を形成するための 力を与えるのに十分な温度にまで膨張可能な回転楕円体を加熱する段階を含む改 良された結合方法。
3. ３．請求項１に記載された方法であって、膨張可能な回転楕円体がシリコーンゴ ムで形成されている改良された結合方法。
4. ４．請求項１に記載された方法であって、膨張可能な回転楕円体が約６．３５ｍ ｍ（１／４ｉｎ）の寸法を有している改良された結合方法。
5. ５．請求項１に記載された方法であって、前記膨張可能な回転楕円体が熱膨張可 能で、９．０×１０−４ｃｍ／ｃｍ／℃（５０Ｘ１０−５ｉｎ／ｉｎ／Ｆ）の煮 膨張係数を有している改良された結合方法。
6. ６．請求項１に記載された方法であって、前記膨張可能な回転楕円体が集合材に 対して所要のカバターンを形成するような寸法範囲を有し且つ配置されている改 良された結合方法。
7. ７．材料が積層されて構成される集合材を硬質モールド型の面に押し当てて結合 する改良された結合方法であって、 積層材料によって構成された集合材の第１の面を硬質モールド型の型面に対して 配置し、 型と集合体との間に包囲されたキャビティを形成し、型と接触する前記第１の側 と反対側の集合体の側面を包囲するようになし、 前記キャビティに多数の膨張可能な回転楕円体を充填し、 キャビティ内の回転楕円体を膨張させ、集合材を硬質モールド型に対して押し付 けて積層集合材を形成するようになす力を発生させる、 諸段階を含む改良された結合方法。
8. ８．請求項７に記載された方法であって、前記膨張可能な回転楕円体がその温度 を上昇させることで膨張される改良された結合方法。
9. ９．請求項８に記載された方法であって、前記回転楕円体が９．０Ｘ１０−４ｃ ｍ／ｃｍ／℃（５０ｘ１０−５ｉｎ／ｉｎ／Ｆ）の熱膨張係数を有している改良 された結合方法。
10. １０．請求項７に記載された方法であって、集合材に対して所要のカパターンを 形成するように粒径の異なる回転楕円体がキャビティに配置される改良された結 合方法。
11. １１．請求項７に記載された方法であって、この方法が実施される際に十分な量 の膨張可能な回転楕円体がキヤビティに追加され、膨張製の低下した回転楕円体 とともに集合材に対する所要の力の維持を確保するようになす段階を更に含む改 良された結合方法。
12. １２．材料が積層されて構成される集合材を円筒壁を画成した型の中で形成する 改良された結合方法であって、前記型の中に形成されるべき集合材を配置し、集 合材の内側に多数の膨張可能な回転楕円体を充填し、円筒壁及び型の両端にキャ ップをして、そして回転楕円体を膨張させて集合材を型の内面に押し当てて形成 する、 諸段階を含む改良された結合方法。
13. １３．請求項１２に記載された方法であって、回転楕円体が熱膨張可能とされる 改良された結合方法。
14. １４．請求項１３に記載された方法であって、回転楕円体がシリコーンゴムであ る改良された結合方法。