JP2006187897A - 複合材の欠損部修理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 樹脂系複合材製品に形成された空隙欠損部に樹脂を確実に充填して、修理後の製品の品質・強度の低下を阻止することができ、なおかつ、多様な欠損状況に対応し得る欠損修理方法を提供する。
【解決手段】 複合材パネル1に形成された空隙欠損部2の開口部2aの周囲領域を柔軟な被覆材10で被覆して、複合材パネル1と被覆材10とで囲まれる特定空間を気密状態とし、この特定空間から空気を排出して特定空間内の圧力を所定の真空圧とする。その後、被覆材10の外側に樹脂溜まり60を設けてこの樹脂溜まり60に液状の樹脂5を溜め、被覆材10に樹脂流入孔12を穿設することにより、樹脂溜まり60に溜められた液状の樹脂5を特定空間内の真空圧により空隙欠損部2内に流入させ、硬化させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、複合材の欠損部修理方法に関し、特に、樹脂系複合材製品の端部又は内部に形成された空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う欠損部修理方法に関する。
現在、航空機等の構造部材として、繊維強化樹脂複合材等の「樹脂系複合材」で構成されたパネル(以下「複合材パネル」という)が使用されている。かかる複合材パネルの端部や内部には、成形時に空隙欠損部が形成される場合があり、この空隙欠損部によりパネル強度が低下してしまうことがある。このため、近年においては、複合材パネルに形成された空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う技術が種々提案されている。
例えば、複合材パネルの端部に形成された空隙欠損部を修理する方法としては、図3に示すように、複合材パネル100に形成された開口部111から、修理用の樹脂200を刷毛300やヘラを用いて空隙欠損部110に充填し、2枚のプレート400で複合材パネル100を挟み込んで樹脂200を含浸させる「樹脂挟入法」が提案されている。
また、複合材パネルの内部に形成された空隙欠損部を修理する方法としては、図4に示すように、複合材パネル100の内部の空隙欠損部120に連通する連通孔130を2つ穿設し、注射器500等を用いて一方の連通孔130から修理用の樹脂300を空隙欠損部120に注入する「樹脂注入法」が提案されている。また、バルブや連通管が設けられた接続治具600で連通孔130を被覆してその周囲をシール材700で密封し、被覆密封した部分から空気を排出して空隙欠損部120の内部を真空状態とした後、連通孔130から空隙欠損部120に修理用の樹脂300を注入する方法も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平7−137154号公報
しかし、前記した樹脂挟入法(図3)を採用すると、修理用の樹脂200が複合材パネル100の空隙欠損部110の末端部まで充填されず、図3(b)に示すような樹脂未充填部112が残存する場合があった。このように樹脂未充填部112が残存すると、修理後の複合材パネル100の品質・強度が低下し、再修理の必要が生じてしまう。
また、前記した樹脂注入法(図4)においては、複合材パネル100に連通孔130を「2つ」穿設する必要があるが、空隙欠損部120のサイズが小さい場合や、複数の空隙欠損部120が近接した状態で形成されている場合には、全ての空隙欠損部120毎に連通孔130を「2つ」ずつ穿設することが困難(ないし不可能)となっていた。一方、連通孔130を「1つ」だけ穿設して修理用の樹脂200を注入すると、樹脂200が空隙欠損部120の末端部まで充填されず、依然として空隙欠損部が残存する場合がある。かかる場合には、修理後の複合材パネル100の品質・強度の低下を招くこととなる。
また、特許文献1に記載された方法においては、金属や樹脂で構成された接続治具600で連通孔130を被覆してその周囲を密封する必要があるが、複合材パネル100が複雑な曲面を有する場合には、その曲面上に接続治具600を配置してその周囲を密封するのが困難となる。このため、修理可能な製品や部位が限定され、多様な欠損状況に対応することができない可能性があった。
本発明の課題は、樹脂系複合材製品に形成された空隙欠損部に樹脂を確実に充填して修理後の製品の品質・強度の低下を阻止することができ、なおかつ、多様な欠損状況に対応し得る複合材の欠損修理方法を提供することである。
以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、樹脂系複合材製品に形成された、開口部を有する空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う欠損部修理方法であって、前記開口部の周囲領域を柔軟な被覆材で被覆して前記樹脂系複合材製品と前記被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とする被覆密閉工程と、前記特定空間から空気を排出して前記特定空間内の圧力を所定の真空圧とする真空引き工程と、前記被覆材の外側に樹脂溜まりを設け、この樹脂溜まりに液状の樹脂を溜めることにより、前記被覆材を隔てて液状の樹脂を前記開口部に隣接させる樹脂溜め工程と、前記被覆材の前記開口部に隣接している部分に樹脂流入孔を穿設して、前記特定空間内の真空圧により、前記樹脂溜まりに溜められた液状の樹脂を前記樹脂流入孔及び前記開口部を介して前記空隙欠損部内に流入させる樹脂流入工程と、前記空隙欠損部内に流入させた樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、を備えることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、樹脂系複合材製品に形成された開口部の周囲領域を被覆材で被覆し、製品と被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とする。そして、この特定空間から空気を排出して特定空間内の圧力を所定の真空圧とした後に、被覆材の特定部分(開口部に隣接している部分)に樹脂流入孔を穿設することにより、被覆材の外側に設けられた樹脂溜まり内の液状の樹脂を、特定空間内の真空圧により空隙欠損部内に流入させ、硬化させる。
すなわち、特定空間内の空隙欠損部から空気を排出した状態で、この空隙欠損部に液状の樹脂を流入させて硬化させるので、空隙欠損部全体に樹脂を確実に充填することができ、樹脂未充填部の発生を防止することができる。従って、修理後の製品の品質・強度の低下を阻止することができる。また、柔軟な被覆材を採用しているので、製品が複雑な曲面を有する場合においても、開口部の周囲領域を容易に被覆して密閉することができる。従って、多様な製品形状に対応することができるので、修理可能な製品の種類がきわめて多くなるとともに、所定の製品において修理可能部位が限定されることが少なく、多様な欠損状況に対応することができる。
請求項2に記載の発明は、樹脂系複合材製品の内部に形成された空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う欠損部修理方法であって、前記空隙欠損部に連通する連通孔を前記樹脂系複合材製品に穿設する連通孔穿設工程と、前記連通孔の周囲領域を柔軟な被覆材で被覆して前記樹脂系複合材製品と前記被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とする被覆密閉工程と、前記特定空間から空気を排出して前記特定空間内の圧力を所定の真空圧とする真空引き工程と、前記被覆材の外側に樹脂溜まりを設け、この樹脂溜まりに液状の樹脂を溜めることにより、前記被覆材を隔てて液状の樹脂を前記連通孔に隣接させる樹脂溜め工程と、前記被覆材の前記連通孔に隣接している部分に樹脂流入孔を穿設して、前記特定空間内の真空圧により、前記樹脂溜まりに溜められた液状の樹脂を前記樹脂流入孔及び前記連通孔を介して前記空隙欠損部内に流入させる樹脂流入工程と、前記空隙欠損部内に流入させた樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、を備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、樹脂系複合材製品の内部に形成された空隙欠損部に連通する連通孔を穿設し、この連通孔の周囲領域を被覆材で被覆し、製品と被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とする。そして、この特定空間から空気を排出して特定空間内の圧力を所定の真空圧とした後に、被覆材の特定部分(連通孔に隣接している部分)に樹脂流入孔を穿設することにより、被覆材の外側に設けられた樹脂溜まり内の液状の樹脂を、特定空間内の真空圧により空隙欠損部内に流入させ、硬化させる。
すなわち、特定空間内の空隙欠損部から空気を排出した状態で、この空隙欠損部に液状の樹脂を流入させて硬化させるので、空隙欠損部全体に樹脂を確実に充填することができ、樹脂未充填部の発生を防止することができる。従って、修理後の製品の品質・強度の低下を阻止することができる。また、柔軟な被覆材を採用しているので、製品が複雑な曲面を有する場合においても、連通孔の周囲領域を容易に被覆して密閉することができる。この結果、多様な製品形状に対応することができるので、修理可能な製品の種類がきわめて多くなるとともに、所定の製品において修理可能部位が限定されることが少なく、多様な欠損状況に対応することができる。
また、請求項2に記載の発明によれば、空隙欠損部に連通する連通孔を「1つ」穿設するだけで空隙欠損部への樹脂の充填が可能となるので、空隙欠損部のサイズが小さい場合や、複数の空隙欠損部が近接した状態で形成されている場合においても、効果的に修理を行うことができる。
本発明によれば、樹脂系複合材製品に形成された空隙欠損部の開口部又は内部の空隙欠損部に連通するように穿設した連通孔を、被覆材で被覆し、製品と被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とし、この特定空間から空気を排出した後に被覆材に樹脂流入孔を穿設して液状の樹脂を空隙欠損部に流入させ硬化させるので、空隙欠損部に樹脂を確実に充填して樹脂未充填部の発生を防止することができる。従って、修理後の製品の品質・強度の低下を阻止することができる。また、柔軟な被覆材を採用しているので、多様な欠損状況に対応することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
まず、図1を用いて、本発明の第1の実施の形態に係る欠損修理方法について説明する。本実施の形態においては、繊維強化樹脂複合材で構成された複合材パネル1の端部に形成された空隙欠損部2に修理用の樹脂を充填して修理を行う方法について説明することとする。
まず、複合材パネル1の端部に形成された空隙欠損部2の位置及び範囲を目視及び超音波検査により確認するとともに、空隙欠損部2の内部を真空掃除機で吸引し溶剤洗浄して乾燥させる(欠損部確認洗浄工程)。次いで、空隙欠損部2の開口部2aを除く部分を、図示していないマスキング用の保護膜で被覆する(マスキング工程)。
次いで、複合材パネル1に形成された開口部2aの周囲領域を、被覆材としてのバギングフィルム10で被覆し、被覆した部分の周囲にシーラント20を配することにより、複合材パネル1とバギングフィルム10とで囲まれる特定空間を気密状態とする(被覆密閉工程)。バギングフィルム10で被覆する領域(開口部2aの周囲領域)の形状や面積は、複合材パネル1の形状や開口部2aの位置・大きさ等に応じて適宜決めることができる。被覆密閉工程においては、図1に示すように、複合材パネル1に形成された開口部2aの周囲領域と、バギングフィルム10と、の間にピールプライ30を配置する。また、バギングフィルム10には真空口金11を設けておき、この真空口金11の近傍に脱気用のガラスヤーン40を配置しておく。
次いで、真空金具11に図示していない吸引装置を接続し、この吸引装置を用いて特定空間からの空気の排出(真空引き)を行い、特定空間内の圧力を所定の真空圧(例えば560mmHg)に設定する(真空引き工程)。また、空隙欠損部2の内部に流入する樹脂5の流動性を維持する目的で、図1に示すようにヒートランプ50を用いて空隙欠損部2を所定温度(例えば約50℃)まで加熱し、その温度を維持しておく(欠損部加熱工程)。
次いで、バギングフィルム10の外側に、シーラント等を用いて壁を設けて樹脂溜まり60を形成し、この樹脂溜まり60の内部に、液状の修理用の樹脂5を注入して溜める。この際、バギングフィルム10を隔てて樹脂5を開口部2aに隣接させるようにする(樹脂溜め工程)。例えば、2液硬化型の樹脂を修理用の樹脂5として採用する場合には、所定温度(例えば50℃)に加熱した主剤及び硬化剤を図示していない混合容器に注入し、その温度を維持したまま清浄なヘラ等で空気を巻き込まないように両者を充分に混合する。そして、注射器を用いて混合容器の底部付近から樹脂を適量吸い上げ、注射器内の樹脂を樹脂溜まり60の内部に注入する。
次いで、図1に示すように、バギングフィルム10及びピールプライ30の特定部分(開口部2aに隣接している部分)に針70を突き刺して樹脂流入孔12を穿設することにより、樹脂溜まり60に溜められた液状の樹脂5を、特定空間内の真空圧により、樹脂流入孔12及び開口部2aを介して空隙欠損部2の内部に流入させる(樹脂流入工程)。樹脂流入工程においては、樹脂溜まりの内部に樹脂5を適宜補充して、樹脂溜まり60の内部の樹脂5が流出し切らないようにする。樹脂流入工程は、樹脂5が空隙欠損部2の外部に漏出してピールプライ30を濡らしていること(空隙欠損部2が樹脂5で満たされたこと)を確認してから所定の含浸時間(例えば約20分間)経過した時点で終了する。
次いで、真空金具11から吸引装置を取り外して漏洩止めを行った後、バギングフィルム10や樹脂溜まり60等をその位置に残したまま、空隙欠損部2の内部に流入させた樹脂5を硬化させる(樹脂硬化工程)。樹脂硬化工程においては、樹脂溜まり60の内部に残存する樹脂5もそのまま硬化させる。そして、樹脂5の硬化完了を確認した後、バギングフィルム10から樹脂溜まり60や針70を取り外し、複合材パネル1からバギングフィルム10や保護膜等を剥がして、複合材パネル1の表面に付着した余剰樹脂を除去する。その後、空隙欠損部2が修理されたことを目視及び超音波検査により確認し、作業を終了する。
以上説明した実施の形態に係る欠損部修理方法においては、複合材パネル1に形成された開口部2aの周囲領域をバギングフィルム10で被覆し、複合材パネル1とバギングフィルム10とで囲まれる特定空間を気密状態とする。そして、この特定空間から空気を排出して特定空間内の圧力を所定の真空圧とした後に、バギングフィルム10及ピールプライ30の特定部分(開口部2aに隣接している部分)に樹脂流入孔12を穿設することにより、バギングフィルム10の外側に設けられた樹脂溜まり60内の液状の樹脂5を、特定空間内の真空圧により空隙欠損部2内に流入させ、硬化させる。
すなわち、特定空間内の空隙欠損部2から空気を排出した状態で、この空隙欠損部2に液状の樹脂5を流入させて硬化させるので、空隙欠損部2全体に樹脂5を確実に充填することができ、樹脂未充填部の発生を防止することができる。従って、修理後の複合材パネル1の品質・強度の低下を阻止することができる。また、柔軟な被覆材であるバギングフィルム10を採用しているので、複合材パネル1が複雑な曲面を有する場合においても、開口部2aの周囲領域を容易に被覆して密閉することができる。従って、多様なパネル形状に対応することができるので、修理可能な複合材パネル1の種類がきわめて多くなるとともに、複合材パネル1において修理可能部位が限定されることが少なく、多様な欠損状況に対応することができる。
次に、図2を用いて、本発明の第2の実施の形態に係る欠損修理方法について説明する。本実施の形態においては、繊維強化樹脂複合材で構成された複合材パネル1の内部に形成された複数の空隙欠損部3に樹脂を充填して修理を行う方法について説明することとする。なお、本実施の形態においては、第1の実施の形態で説明した治具・装置と実質的に同一の治具・装置を採用しており、これらには第1の実施の形態と同一の符号を付すこととする。
まず、複合材パネル1の内部に形成された空隙欠損部3の個数、位置及び範囲を超音波検査により確認する(欠損部確認工程)。そして、確認結果に従って、複合材パネル1の表面1aに穿孔位置を示す目印を描き、穿孔治具を用いて穿孔位置から空隙欠損部3に連通する連通孔4を穿設する(連通孔穿設工程)。この際、真空掃除機を用いて削り屑を吸引するようにする。連通孔穿設工程においては、図2に示すように、3個の空隙欠損部3の全てに連通する「1つ」の連通孔4を穿設している。また、連通孔4の内部を真空掃除機で吸引し溶剤洗浄して乾燥させておく。連通孔4の径の寸法は、樹脂の流入を許容しながら複合材パネル1の品質・強度を低下させないような値に設定する。
次いで、連通孔4を除く部分をマスキング用の保護膜で被覆する(マスキング工程)。次いで、複合材パネル1に形成された連通孔4の周囲領域をバギングフィルム10で被覆し、被覆した部分の周囲にシーラント20を配することにより、複合材パネル1とバギングフィルム10とで囲まれる特定空間を気密状態とする(被覆密閉工程)。バギングフィルム10で被覆する領域(連通孔4の周囲領域)は、複合材パネル1の形状や連通孔4の位置・大きさ等に応じて適宜決めることができる。被覆密閉工程においては、図2に示すように、複合材パネル1に形成された連通孔4の周囲領域と、バギングフィルム10と、の間にピールプライ30を配置する。また、バギングフィルム10に設けられた真空口金11の近傍に脱気用のガラスヤーン40を配置しておく。
次いで、真空金具11に吸引装置を接続し、この吸引装置を用いて特定空間からの空気の排出(真空引き)を行い、特定空間内の圧力を所定の真空圧(例えば560mmHg)に設定する(真空引き工程)。また、連通孔4及び空隙欠損部2の内部に流入する樹脂5の流動性を維持する目的で、ヒートランプ50を用いて空隙欠損部2を所定温度(例えば約50℃)まで加熱し、その温度を維持しておく(欠損部加熱工程)。
次いで、バギングフィルム10の外側に、シーラント等を用いて壁を設けて樹脂溜まり60を形成し、この樹脂溜まり60の内部に、液状にした修理用の樹脂5を注入して溜める。この際、バギングフィルム10を隔てて樹脂5を連通孔4に隣接させるようにする(樹脂溜め工程)。
次いで、図2に示すように、バギングフィルム10の連通孔4に隣接している部分に針70を突き刺して樹脂流入孔12を穿設することにより、樹脂溜まり60に溜められた液状の樹脂5を、特定空間内の真空圧により、樹脂流入孔12及び連通孔4を介して空隙欠損部3の内部に流入させる(樹脂流入工程)。樹脂流入工程は、樹脂5が空隙欠損部3の外部に漏出してピールプライ30を濡らしていること(空隙欠損部3及び連通孔4が樹脂5で満たされたこと)を確認してから所定の含浸時間(例えば約20分間)経過した時点で終了する。
次いで、真空金具11から吸引装置を取り外して漏洩止めを行った後、バギングフィルム10や樹脂溜まり60等をその位置に残したまま、連通孔4及び空隙欠損部3の内部に流入させた樹脂5を硬化させる(樹脂硬化工程)。樹脂硬化工程においては、樹脂溜まり60の内部に残存する樹脂5もそのまま硬化させる。そして、樹脂5の硬化完了を確認した後、バギングフィルム10から樹脂溜まり60や針70を取り外し、複合材パネル1からバギングフィルム10や保護膜等を剥がして、複合材パネル1の表面に付着した余剰樹脂を除去する。その後、空隙欠損部3が修理され連通孔4が塞がれたことを目視及び超音波検査により確認して、作業を終了する。
以上説明した実施の形態に係る欠損部修理方法においては、複合材パネル1の内部に形成された空隙欠損部3に連通する連通孔4を穿設し、この連通孔4の周囲領域をバギングフィルム10で被覆し、複合材パネル1とバギングフィルム10とで囲まれる特定空間を気密状態とする。そして、この特定空間から空気を排出して特定空間内の圧力を所定の真空圧とした後に、バギングフィルム10の特定部分(連通孔4に隣接している部分)に樹脂流入孔12を穿設することにより、バギングフィルム10の外側に設けられた樹脂溜まり60内の液状の樹脂5を、特定空間内の真空圧により空隙欠損部3内に流入させ、硬化させる。
すなわち、特定空間内の空隙欠損部3から空気を排出した状態で、この空隙欠損部3に液状の樹脂5を流入させて硬化させるので、空隙欠損部3全体に樹脂5を確実に充填することができ、樹脂未充填部の発生を防止することができる。従って、修理後の複合材パネル1の品質・強度の低下を阻止することができる。また、柔軟な被覆材であるバギングフィルム10を採用しているので、複合材パネル1が複雑な曲面を有する場合においても、連通孔4の周囲領域を容易に被覆して密閉することができる。この結果、多様なパネル形状に対応することができるので、修理可能な製品の種類がきわめて多くなるとともに、複合材パネル1において修理可能部位が限定されることが少なく、多様な欠損状況に対応することができる。
また、以上説明した実施の形態に係る欠損部修理方法においては、空隙欠損部3に連通する連通孔を「1つ」穿設するだけで空隙欠損部3への樹脂5の充填が可能となるので、空隙欠損部3のサイズが小さくかつ複数の空隙欠損部3が近接した状態で形成されていても、効果的に修理を行うことができる。
なお、以上の実施の形態においては、繊維強化樹脂複合材で構成された複合材パネル1の空隙欠損部2、3に樹脂5を充填して修理を行う方法について説明したが、パネル以外の他の樹脂系複合材製品に形成された空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う際にも、本発明を適用することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る欠損部修理方法を説明するための説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係る欠損部修理方法を説明するための説明図である。 (a)は樹脂系複合材パネルの端部に形成された空隙欠損部の従来の修理方法を説明するための説明図であり、(b)は従来の修理方法で修理された空隙欠損部の状態を示す説明図である。 樹脂系複合材パネルの内部に形成された空隙欠損部の従来の修理方法を説明するための説明図である。
符号の説明
1 複合材パネル(樹脂系複合材製品)
2 空隙欠損部
2a 開口部
3 空隙欠損部
4 連通孔
5 樹脂
10 バギングフィルム(被覆材)
12 樹脂流入孔
60 樹脂溜まり

Claims (2)

  1. 樹脂系複合材製品に形成された、開口部を有する空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う欠損部修理方法であって、
    前記開口部の周囲領域を柔軟な被覆材で被覆して前記樹脂系複合材製品と前記被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とする被覆密閉工程と、
    前記特定空間から空気を排出して前記特定空間内の圧力を所定の真空圧とする真空引き工程と、
    前記被覆材の外側に樹脂溜まりを設け、この樹脂溜まりに液状の樹脂を溜めることにより、前記被覆材を隔てて液状の樹脂を前記開口部に隣接させる樹脂溜め工程と、
    前記被覆材の前記開口部に隣接している部分に樹脂流入孔を穿設して、前記特定空間内の真空圧により、前記樹脂溜まりに溜められた液状の樹脂を前記樹脂流入孔及び前記開口部を介して前記空隙欠損部内に流入させる樹脂流入工程と、
    前記空隙欠損部内に流入させた樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、
    を備えることを特徴とする複合材の欠損部修理方法。
  2. 樹脂系複合材製品の内部に形成された空隙欠損部に樹脂を充填して修理を行う欠損部修理方法であって、
    前記空隙欠損部に連通する連通孔を前記樹脂系複合材製品に穿設する連通孔穿設工程と、
    前記連通孔の周囲領域を柔軟な被覆材で被覆して前記樹脂系複合材製品と前記被覆材とで囲まれる特定空間を気密状態とする被覆密閉工程と、
    前記特定空間から空気を排出して前記特定空間内の圧力を所定の真空圧とする真空引き工程と、
    前記被覆材の外側に樹脂溜まりを設け、この樹脂溜まりに液状の樹脂を溜めることにより、前記被覆材を隔てて液状の樹脂を前記連通孔に隣接させる樹脂溜め工程と、
    前記被覆材の前記連通孔に隣接している部分に樹脂流入孔を穿設して、前記特定空間内の真空圧により、前記樹脂溜まりに溜められた液状の樹脂を前記樹脂流入孔及び前記連通孔を介して前記空隙欠損部内に流入させる樹脂流入工程と、
    前記空隙欠損部内に流入させた樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、
    を備えることを特徴とする複合材の欠損部修理方法。
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