特表 2024-509367 異種熱可塑性材料間の接合部

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-01

(54)【発明の名称】異種熱可塑性材料間の接合部

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/02 20060101AFI20240222BHJP

   B32B 7/12 20060101ALN20240222BHJP

【ＦＩ】

B29C65/02

B32B7/12

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547823

(86)(22)【出願日】2022-02-09

(85)【翻訳文提出日】2023-08-08

(86)【国際出願番号】 US2022015791

(87)【国際公開番号】W WO2022173808

(87)【国際公開日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】17/172,523

(32)【優先日】2021-02-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】503455363

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ザオ，ウェンピン

(72)【発明者】

【氏名】シィン，レイ

(72)【発明者】

【氏名】グロルマン，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ミジャレス，オーランド

(72)【発明者】

【氏名】ハーンドン，マリー ケー．

(72)【発明者】

【氏名】シッダーマル，シュリダール

【テーマコード（参考）】

4F100

4F211

【Ｆターム（参考）】

4F100AA37

4F100AA37C

4F100AK01

4F100AK01A

4F100AK01C

4F100AK45

4F100AK45A

4F100AK45C

4F100AK49

4F100AK49B

4F100AK54

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4F100AK54C

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4F100AK55A

4F100AK55C

4F100AK56

4F100AK56A

4F100AK56C

4F100AK57

4F100AK57A

4F100AK57C

4F100AR00B

4F100BA03

4F100BA07

4F100DG01

4F100DG01C

4F100DH02

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4F100EJ42

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4F100JA04B

4F100JA04C

4F100JB16

4F100JB16A

4F100JB16C

4F100JL11

4F100JL11B

4F211AA28

4F211AA32

4F211AA34

4F211AA40

4F211AR06

4F211TA01

4F211TC02

4F211TD11

4F211TH06

4F211TH27

4F211TN16

4F211TN22

4F211TN27

4F211TQ01

4F211TQ10

(57)【要約】

第１の熱可塑性材料層（１２）と、第１の熱可塑性材料層（１２）の融点温度（Ａ）とは異なる融点温度（Ｂ）を有する第２の熱可塑性材料層（１４）と、第１の熱可塑性材料層（１２）と第２の熱可塑性材料層（１４）との間に結合された界面層（１６）を含む異種熱可塑性材料間の接合部（１０）であって、界面層（１６）は、第１の熱可塑性材料層（１２）及び第２の熱可塑性材料層（１４）をともに接合して接合部（１０）を形成するように構成され、界面層（１６）は、第１の熱可塑性材料層（１２）の融点温度（Ａ）と第２の熱可塑性材料層（１４）の融点温度（Ｂ）との間か、または第１の熱可塑性材料層（１２）の融点温度（Ａ）及び第２の熱可塑性材料層（１４）の融点温度（Ｂ）より低いかから成る群から選択された値を有する融点温度を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

異種熱可塑性材料間の接合部であって、
第１の熱可塑性材料層と、
前記第１の熱可塑性材料層の融点温度とは異なる融点温度を有する第２の熱可塑性材料層と、
前記第１の熱可塑性材料層と前記第２の熱可塑性材料層との間に結合された界面層であって、前記第１の熱可塑性材料層と前記第２の熱可塑性材料層を相互に接合して、当該接合部を形成するように構成された、界面層と、
を有し、
前記界面層は、前記第１の熱可塑性材料層の前記融点温度と前記第２の熱可塑性材料層の前記融点温度との間、または前記第１の熱可塑性材料層の前記融点温度及び前記第２の熱可塑性材料層の前記融点温度よりも低い温度からなる群から選択された値を有する融点温度を含む、異種熱可塑性材料間の接合部。

【請求項2】

前記第１の熱可塑性材料層及び前記第２の熱可塑性材料層の少なくとも１つは、熱可塑性複合材料を含む、請求項１に記載の異種熱可塑性材料間の接合部。

【請求項3】

さらに、前記第１の熱可塑性材料層及び前記第２の熱可塑性材料層の少なくとも１つの上に、表面処理を含む、請求項１に記載の異種熱可塑性材料間の接合部。

【請求項4】

前記第１の熱可塑性材料層及び前記第２の熱可塑性材料層は、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、及びポリエーテルエーテルケトンの少なくとも１つを含み得る、請求項１に記載の異種熱可塑性材料間の接合部。

【請求項5】

前記界面層は、より低い処理温度を有する材料を含み、該材料は、前記溶接中に溶融が存在しない場合、前記第１の熱可塑性材料及び前記第２の熱可塑性材料と化学的に相互作用し、両者と結合する、請求項１に記載の異種熱可塑性材料間の接合部。

【請求項6】

界面層を介してコンポーネントに溶接されたアタッチメントであって、
第１の熱可塑性材料を含む前記アタッチメントと、
前記第１の熱可塑性材料の融点温度とは異なる融点温度を有する第２の熱可塑性材料を含む前記コンポーネントと、
前記アタッチメントと前記コンポーネントの間に結合された界面層であって、前記第１の熱可塑性材料と前記第２の熱可塑性材料を相互に接合して溶接接合部を形成するように構成された、界面層と、
を有し、
前記界面層は、前記第１の熱可塑性材料層の前記融点温度と前記第２の熱可塑性材料層の前記融点温度との間、または前記第１の熱可塑性材料層の前記融点温度及び前記第２の熱可塑性材料層の前記融点温度よりも低い温度からなる群から選択された値を有する融点温度を含む、前記界面層を介してコンポーネントに溶接されたアタッチメント。

【請求項7】

前記第１の熱可塑性材料及び前記第２の熱可塑性材料の少なくとも１つは、熱可塑性複合材料を含む、請求項６に記載の界面層を介してコンポーネントに溶接されたアタッチメント。

【請求項8】

前記第１の熱可塑性材料及び前記第２の熱可塑性材料の少なくとも１つは、熱可塑性複合材料を含む、請求項６に記載の界面層を介してコンポーネントに溶接されたアタッチメント。

【請求項9】

さらに、前記アタッチメント及び前記コンポーネントの少なくとも１つの上に、表面処理を含む、請求項６に記載の界面層を介してコンポーネントに溶接されたアタッチメント。

【請求項10】

さらに、前記界面層上に繊維補強材を含む、請求項８に記載の界面層を介してコンポーネントに溶接されたアタッチメント。

【請求項11】

界面層を用いてコンポーネントにアタッチメントを溶接するプロセスであって、
第１の熱可塑性材料を含む前記アタッチメントを提供するステップと、
前記第１の熱可塑性材料の融点温度とは異なる融点温度を有する第２の熱可塑性材料を含む前記コンポーネントを提供するステップと、
前記アタッチメントと前記コンポーネントとの間に界面層を溶接するステップであって、前記界面層は、前記第１の熱可塑性材料と前記第２の熱可塑性材料を相互に接合して溶接部を形成するように構成される、ステップと、
を有し、
前記界面層は、前記第１の熱可塑性材料層の前記融点温度と前記第２の熱可塑性材料層の前記融点温度との間、または前記第１の熱可塑性材料層の前記融点温度及び前記第２の熱可塑性材料層の前記融点温度よりも低い温度からなる群から選択された値を有する融点温度を含む、プロセス。

【請求項12】

さらに、前記アタッチメント及び前記コンポーネントの少なくとも１つに表面処理を実施するステップを有する、請求項１１に記載のプロセス。

【請求項13】

さらに、前記界面層に繊維補強材を設置するステップを有する、請求項１１に記載のプロセス。

【請求項14】

さらに、前記界面層を前記アタッチメント及び前記コンポーネントの少なくとも１つに組み込むステップを有する、請求項１１に記載のプロセス。

【請求項15】

さらに、前記アタッチメント及び前記コンポーネントの少なくとも１つに前記界面層を成形するステップを有する、請求項１１に記載のプロセス。

【請求項16】

さらに、前記アタッチメント及び前記コンポーネントの少なくとも１つに前記界面層をコーティングするステップを有する、請求項１１に記載のプロセス。

【請求項17】

前記界面層は、より低い処理温度を有する材料を含み、該材料は、前記溶接中に溶融が存在しない場合、前記第１の熱可塑性材料及び前記第２の熱可塑性材料と化学的に相互作用し、両者と結合する、請求項１１に記載のプロセス。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本開示は、溶接中に２つの異なる熱可塑性材料を接合するように構成された界面を対象とする。

【0002】

熱可塑性複合材料は、迅速な処理、溶接可能性、高い耐衝撃性、及び低コストに対するその可能性のために様々な用途で熱硬化性複合材料の代替物として登場しつつある。異種熱可塑性物質及び／またはその複合材料を接合することは、特に関与する熱可塑性材料が非常に異なる処理温度を有するときには依然として困難である。

【0003】

従前の１つの解決策は接着剤による結合である。ポリカーボネート（ＰＣ）などの熱可塑性物質をポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）に結合するためには、表面処理剤、接着剤の塗布、オートクレーブまたは炉の熱硬化などの多くのプロセスステップが必要とされる（それらはすべて必要とされる）。プロセス全体は、非常に時間がかかり、コストがかる。異種熱可塑性材料を接合するための別の潜在的なオプションは、機械的な固締である。ただし、機械的な固締は重量上のデメリットを含み、必要とされる接合部の多くの密封要件を満たさない。

【0004】

必要とされているのは、２つの異なる熱可塑性材料／複合材料を溶接することを可能にする物質界面である。

【発明の概要】

【0005】

本開示によれば、第１の熱可塑性材料層と、第１の熱可塑性材料層の融点温度とは異なる融点温度を有する第２の熱可塑性材料層と、第１の熱可塑性材料層と第２の熱可塑性材料層との間に結合された界面層とを含む異種熱可塑性材料間の接合部が提供され、界面層は、第１の熱可塑性材料層及び第２の熱可塑性材料層をともに接合して接合部を形成するように構成され、界面層は、第１の熱可塑性材料層の融点温度と第２の熱可塑性材料層の融点温度との間か、または第１の熱可塑性材料層の融点温度及び第２の熱可塑性材料層の融点温度より低いかから成る群から選択された値を有する融点温度を含む。

【0006】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、熱可塑性複合材料を含む第１の熱可塑性材料層及び第２の熱可塑性材料層の少なくとも１つを含み得る。

【0007】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、第１の熱可塑性材料等及び第２の熱可塑性材料層の少なくとも１つに対する表面処理剤をさらに含む、異種熱可塑性材料間の接合部を含む。

【0008】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルケトンケトン、ポリアリールエーテルケトン、及びポリエーテルエーテルケトンの少なくとも１つを含む可能性がある第１の熱可塑性材料層及び第２の熱可塑性材料層を含み得る。

【0009】

本開示によれば、界面層を介してコンポーネントに溶接されるアタッチメントであって、第１の熱可塑性材料を含むアタッチメントと、第１の熱可塑性材料の融点温度とは異なる融点温度を有する第２の熱可塑性材料を含むコンポーネントと、アタッチメントとコンポーネントとの間に結合された界面層とを含むアタッチメントが提供され、界面層は、第１の熱可塑性材料及び第２の熱可塑性材料をともに接合して溶接接合部を形成するように構成され、界面層は、第１の熱可塑性材料層の融点温度と第２の熱可塑性材料層の融点温度との間か、または第１の熱可塑性材料層の融点温度及び第２の熱可塑性材料層の融点温度より低いかから成る群から選択された値を有する融点温度を含む。

【0010】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、熱可塑性複合材料を含む第１の熱可塑性材料及び第２の熱可塑性材料の少なくとも１つを含み得る。

【0011】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、アタッチメント及びコンポーネントの少なくとも１つに対する表面処理剤を含み得る。

【0012】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、界面層上に繊維補強材を含み得る。

【0013】

本開示によれば、第１の熱可塑性材料を含むアタッチメントを提供することと、第１の熱可塑性材料の融点温度とは異なる融点温度を有する第２の熱可塑性材料を含むコンポーネントを提供することと、アタッチメントとコンポーネントとの間に界面層を溶接することとを含む、界面層でコンポーネントにアタッチメントを溶接するためのプロセスが提供され、界面層は、第１の熱可塑性材料及び第２の熱可塑性材料をともに接合して溶接部を形成するように構成され、界面層は、第１の熱可塑性材料層の融点温度と第２の熱可塑性材料層の融点温度との間か、または第１の熱可塑性材料層の融点温度及び第２の熱可塑性材料層の融点温度よりも低いかから成る群から選択された値を有する融点温度を含む。

【0014】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、アタッチメント及びコンポーネントの少なくとも１つに対して表面処理を実行することをさらに含むプロセスを含み得る。

【0015】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、界面層に繊維補強材を塗布することさらに含むプロセスを含み得る。

【0016】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、アタッチメント及びコンポーネントの少なくとも１つに界面層を組み込むことをさらに含むプロセスを含み得る。

【0017】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、アタッチメント及びコンポーネントの少なくとも１つの上に界面層を成形することをさらに含むプロセスを含み得る。

【0018】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、アタッチメント及びコンポーネントの少なくとも１つに界面層をコーティングすることをさらに含むプロセスを含み得る。

【0019】

上述の実施形態のいずれかのさらなる実施形態は、さらに及び／または代わりに、溶接中に溶融が存在しない場合に、第１の熱可塑性材料及び第２の熱可塑性材料に化学的に相互作用し、結合する、より低い処理温度を有する材料を含む界面層を含み得る。

【0020】

界面材料の他の詳細は、以下の発明を実施するための形態、及び同様の参照数字が同様のコンポーネントを示す添付図面に説明されている。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】２つの異種熱可塑性材料と、例示的な界面層との間の例示的な接合部の概略図である。

【図2】２つの異種熱可塑性材料と、例示的な界面層との間の例示的な接合部の拡大概略図である。

【図3】熱可塑性コンポーネントと、熱可塑性アタッチメントと、界面層との間の例示的な接合部の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１及び図２を参照すると、第１の熱可塑性材料層１２と第２の熱可塑性材料層１４と界面層１６との間の例示的な接合部１０が示されている。第１の熱可塑性材料層１２は、図２に示されるように、単一熱可塑性物質、及び複合熱可塑性材料の１つを含む場合がある。第２の熱可塑性材料層１４は、単一熱可塑性物質及び複合熱可塑性材料の１つを含む場合がある。界面層１６は、第１の熱可塑性材料層１２と第２の熱可塑性材料層１４との間に位置する。界面層１６は、第１の熱可塑性材料層１２及び第２の熱可塑性材料層１４をともに接合して接合部１０を形成するように構成される。例示的な実施形態では、熱可塑性材料は、ポリカーボート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの少なくとも１つである場合がある。

【0023】

第１の熱可塑性材料層１２は、第１の融点温度Ａを有する場合がある。第２の熱可塑性材料層１４は、第２の融点温度Ｂを有する場合がある。例示的な実施形態では、第１の融点温度Ａは、第２の融点温度Ｂとは異なる。界面層１６は、第１の融点温度Ａと第２の融点温度Ｂとの間にある融点温度Ｃを有する場合がある。例示的な実施形態では、界面層１６は、第１の熱可塑性材料層１２と第２の熱可塑性材料層１４の融点温度の両方よりも低い融点温度Ｄを含む場合がある。

【0024】

また、図３を参照すると、示されるように、熱可塑性材料Ｘを含むコンポーネント１８は、間に界面層２２が結合された熱可塑性材料Ｙを含むアタッチメント２０に付着される。コンポーネント１８はまた、熱可塑性複合材料２４を含む場合がある。図１及び図２に示される例示的な実施形態においてのように、界面層２２は、アタッチメント２０の融点温度Ａとコンポーネント１８の融点温度Ｂとの間の値を有する融点温度Ｃを含む場合がある。

【0025】

図１及び図２を参照すると、例示的な実施形態では、界面層１６は、第１の熱可塑性材料層１２上に成形される場合がある、及び／または第２の熱可塑性材料層１４上に成形される場合がある。例示的な実施形態では、界面層１６は、第１の熱可塑性材料層１２上にコーティングされる場合がある、及び／または第２の熱可塑性材料層１４上にコーティングされる場合がある。

【0026】

図３を参照すると、例示的な実施形態では、接着を改善するために、界面層２２に近接するコンポーネント１８及び／またはアタッチメント２０に表面処理剤２６を塗布することができる。表面処理剤２６は、表面研磨剤、プラズマ処理剤、レーザーアブレーション処理、火炎処理、サンディング、グリットブラスト、化学処理、表面研磨＋溶剤拭き取りなどを含む場合がある。

【0027】

実施例１．
射出成形されたポリカーボネート（ＰＣ）アタッチメントは、炭素繊維強化ポリエーテルエーテルケトン（ＣＦ／ＰＥＥＫ）複合チューブコンポーネントに溶接される。無定形のＰＣは、約摂氏１５５度（℃）のガラス繊維温度、及び約２８０℃の成形温度を有し、一方、半結晶性ＰＥＥＫは約３４３℃で溶融し、約３９０℃成形できる。結果として、接合される材料間で温度差（＞１００℃）が生じる。２つの材料をそのまま溶接すると、２つの問題が生じる。第１に、低温ではＰＥＥＫの溶融は起こらない。したがって、接合部界面での分子鎖の拡散を達成することはできない。第２に、代わりに、溶接温度がＰＥＥＫコンポーネントを溶融するほど十分に高くなるが、同時にＰＣの付着によって、その形状が失われるか、または熱劣化さえ発生する。

【0028】

問題に対する例示的な解決策は、溶接中に２つの異なる熱可塑性物質をともに接合する界面層／表面材料を使用することを含む。広い処理温度範囲を有する材料を界面層に利用できる、及び／または界面層は、溶接中に溶融しない２つの熱可塑性物質に化学的に相互作用し、よく結合するより低い処理温度を有する材料を有する場合がある。例示的な界面層材料は、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）である場合がある。ＴＰＵは約１８０℃で溶融する。ＴＰＵ材料は、ＰＣとＰＥＥＫを溶接するための界面層として機能できる。

【0029】

界面層は、最初に高温の熱可塑性物質と一体化され、次に、例えばＰＣなどのより低い処理温度の熱可塑性物質と溶接することができる。別の例示的な界面層は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）である。ＰＥＩは、３３５℃～４２０℃の処理温度範囲、及び２１７℃の軟化点温度を有する。ＰＥＩはＰＣ及びＰＥＥＫの両方と融和性があり、ＰＣをＰＥＥＫに溶接するための界面層材料として機能できる。

【0030】

より具体的には、界面層は、アタッチメントをコンポーネントに溶接する前に利用できる。アタッチメントをコンポーネントに溶接する前に界面層を利用する一実施形態は、ＰＣアタッチメント及び／またはＣＦ／ＰＥＥＫコンポーネントの表面のどちらかに、熱可塑性ウレタン層（ＴＰＵ）などの低温界面層材料をコーティングまたは成形することを含む場合がある。アタッチメントをコンポーネントに溶接する前に界面層を利用する別の実施形態は、ＣＦ／ＰＥＥＫコンポーネントの表面に、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などのより高温の界面層材料を成形することを含む場合がある。ＰＥＩは、ＰＥＥＫとより良く統合されると期待される。溶接では、ＰＥＩはまた、ＰＣ材料と溶接する（分子鎖拡散を有する）。また、より低い溶接温度（ＰＥＥＫ処理温度よりはるかに低い）により、ＣＦ／ＰＥＥＫコンポーネント及びＰＣアタッチメントの形状及び性能を維持する上で提示される課題は少ない。

【0031】

例示的な実施形態では、間に界面層を有するコンポーネントにアタッチメントを溶接することは、代替の急速溶接方法を含む可能性がある。このような溶接方法は、抵抗溶接、誘導溶接、超音波溶接、またはレーザー溶接を含む場合がある。例示的な実施形態では、繊維補強材２８などの補強材２８を界面層材料２２に利用することができ、抵抗溶接が使用されるときに好まれる。界面層２２に対する繊維補強材２８は、誘導溶接が使用されるときに利用される炭素繊維、ガラス繊維、Ｓｐｅｃｔｒａ（登録商標）、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）などの１つである場合がある。１つの熱可塑性物質層１２、１４が透明であるときにはレーザー溶接がオプションとなり得る。

【0032】

開示された界面材料接合部の技術的な優位点は、異種熱可塑性物質及びまたはその複合材料の溶接を容易にするための界面／表面層を含む。

【0033】

開示された界面材料接合部の技術的な優位点は、溶接されるコンポーネント基板の完全性、形状、及び性能を維持することを含む。

【0034】

開示された界面材料接合部の技術的な優位点は、接合されている複合材料の間にシールを提供することを含む。

【0035】

開示された界面材料接合部の技術的な優位点は、接合される複合材料に表面保護を提供することを含む。

【0036】

開示された界面材料接合部の技術的な優位点は、処理組立時間及びコストの削減を含む。

【0037】

界面材料が提供されている。界面材料は、その特定の実施形態の文脈において説明されているが、他の予期しない代替物、変更、及び変形が、上述の説明を読んだ当業者には明らかになり得る。したがって、添付の特許請求の範囲の広い範囲に含まれる代替物、変更、及び変形を包含することが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】