JP2013146909A - ハニカムサンドイッチ構造体の補修方法及び補修構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】損傷した部位を含むハニカムコア11を表側スキン12とともに除去して補修空隙14を形成するステップ(A)と、補修パッチ22が接合される側の端面30が平坦化処理された補修ハニカムコア21を補修空隙14に挿入するステップ(B)と、平坦化処理された補修ハニカムコア21の端面30にフィルム状の接着剤24を介して補修パッチを配置するステップ(C)と、補修ハニカムコア21とハニカムサンドイッチ構造体10の既存部分及び補修パッチ22との接合、並びに、補修パッチ22の硬化を、加熱を伴う減圧雰囲気下で行なうステップ(D)と、からなる。
【選択図】図4
Description
このサンドイッチ構造体のハニカムコアが損傷したときの補修方法が特許文献1に開示されている。つまり、特許文献1は、損傷した部位のハニカムコアを表側スキン(または裏側スキン)とともに除去して補修空隙を形成した後に、当該空隙に補修ハニカムコアを挿入するとともに、補修ハニカムコアに接着剤を介して補修パッチを載せ、加熱、加圧して補修部分を硬化する、というものである。
そこで本発明は、補修ハニカムコア及び補修パッチを用いてハニカムサンドイッチ構造体を補修する際に、補修パッチからなるスキンにボイドが生ずるのを防止できる補修方法及び補修構造を提供することを目的とする。
(1)加熱、硬化される前の未硬化状態の補修パッチには、繊維強化樹脂シート間に空気、その他のガス成分が存在している。このガス成分を補修パッチから排除するためには、補修パッチのシート積層方向に相当の圧縮の圧力が付与される必要がある。
(2)ハニカムサンドイッチ構造体を新規に作製する際には、オートクレーブを用いて加熱、加圧できるので、ガス成分を補修パッチから排除するのに十分な圧力を付与できる。しかし、ハニカムサンドイッチ構造体が存在する現地で補修する場合には、補修部分をフィルムバッグで取り囲み、その内部を減圧しながら加熱する必要があるため、付与できる圧力は大気圧が限度になる。
(3)フィルムバッグで取り囲まれた中では、接着剤を介して接する補修ハニカムコアからの反力が補修パッチへの圧力になる。ところが、(補修)ハニカムコアの端面は多数の細孔が開口する凹凸面になっているので、補修パッチは開口部分(凹部分)からほとんど反力を受けることができず、当該端面において圧力のロスが生じる。したがって、付与される圧力が大気圧を限度とする場合には、補修パッチは十分な圧力を得ることができず、ガス成分が十分に抜けきれずにボイドとなって補修後のスキンに残る。
すなわち本発明のハニカムサンドイッチ構造体の補修方法は、
損傷した部位を含むハニカムコアをスキンとともに除去して補修空隙を形成するステップ(A)と、
補修パッチが接合される側の端面が平坦化処理された補修ハニカムコアを補修空隙に挿入するステップ(B)と、
平坦化処理された補修ハニカムコアの端面に接着剤を介して補修パッチを配置するステップ(C)と、
補修ハニカムコアとハニカムサンドイッチ構造体の既存部分及び補修パッチとの接合、並びに、補修パッチの硬化を、加熱を伴う減圧雰囲気下で行なうステップ(D)と、
を備えることを特徴としている。
本発明の補修方法によると、補修パッチが配置される側の端面を平坦化処理した補修ハニカムコアを用いるので、補修パッチは補修ハニカムコアからの反力を平坦面からロスなく受けることができる。したがって、大気圧程度の圧力でも、補修パッチからガス成分を十分に放出できるので、ボイドが補修後のスキンに残存するのを防止できる。
(a)補修ハニカムコアの開口を、ステップ(D)における加熱により軟化しない樹脂で閉塞する。
(b)補修パッチが配置される側の端面に、補修パッチを構成するのと同等の繊維強化樹脂シートを接合する。
手法(a)を実行する際には、補修パッチが配置される側の補修ハニカムコアの端面を、未硬化状態の樹脂に浸けて、その後、樹脂を硬化させることで、補修ハニカムコアの開口を閉塞することが、平坦化処理を簡易に行う上で好ましい。
本実施形態は、図1に示すように、ハニカムサンドイッチ構造体10のハニカムコア11の一部に損傷xが生じたために、損傷x及びその周囲を含む対象部位を補修する方法について説明する。
ハニカムサンドイッチ構造体10は、ハニカムコア11と、ハニカムコア11の表裏両面に接合される表側スキン12及び裏側スキン13と、から構成される。ハニカムサンドイッチ構造体10は、軽量のハニカムコア11と高強度の表側スキン12及び裏側スキン13との積層構造を採用することにより、軽量で高強度が要求される航空機部品などによく用いられる。
ハニカムコア11は、よく知られるように、蜂の巣状に多数の細孔が両端面に開口する形態をなしており、アルミニウム合金や樹脂などで作製される。
表側スキン12及び裏側スキン13は、繊維強化樹脂(Fiber Reinforced Plastics:FRP)から構成される。強化繊維としては、例えば炭素繊維やガラス繊維などが用いられ、特に炭素繊維を強化繊維として用いたCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)は、その他のFRPと比べて強度と弾性率が高く、かつ耐蝕性に優れる。
ハニカムサンドイッチ構造体10は、ハニカムコア11の表裏に表側スキン12及び裏側スキン13の前駆体となるプリプレグを樹脂製の接着剤(熱硬化性樹脂)を介して積層する。プリプレグは、未硬化樹脂を含浸させた炭素繊維からなるシート状の部材を複数枚積層したものである。ハニカムコア11とプリプレグの積層体をオートクレーブの中に入れて、高温高圧で樹脂を硬化させてハニカムサンドイッチ構造体10は製造される。なお、先にプリプレグのみを積層させて、オートクレーブで硬化させて、その後、ハニカムコア11の表裏に接着により接合してハニカムサンドイッチ構造体10を製造してもよい。
損傷xがあるハニカムサンドイッチ構造体10を補修する際には、図1(b)に示すように、補修部位を除去し、補修空隙14を形成する。
補修部位は、切削、研削、その他の周知の機械的な方法を用いて機械的に除去される。ハニカムコア11が除去されることで形成される補修空隙141は円柱形をし、また、表側スキン12が除去されることで形成される補修空隙142は円錐台形をしている。したがって、既存部分である表側スキン12は、その表面から裏面に向かうのにつれて、その内径が漸次縮小するテーパ形状の開口面を有している。これは、プリプレグ(補修パッチ)との接合界面に応力集中が生じるのを避けるためである。ただし、この補修空隙14の形状は、本発明の好ましい一形態に過ぎない。
補修空隙14には、図2に示すように、補修ハニカムコア21、補修パッチ22が挿入される。補修ハニカムコア21は、除去されたハニカムコア11と同等の特性を有するものが用意される。したがって、除去されたものと同一の材質である必要は必ずしもない。また、寸法については、接着剤を補修ハニカムコア21の周囲に介在させることなどを考慮して定められる。
補修パッチ22は、繊維強化樹脂のプリプレグからなる。プリプレグについては前述した通りであるが、補修パッチ22は樹脂(接着剤)が未硬化状態である。補修パッチ22の材質についても、除去された表側スキン12と同等の特性を硬化後に備えていれば、特に限定されるものではない。また、補修パッチ22は、既存部分である表側スキン12のテーパ形状に対応するテーパ形状を有している。
補修ハニカムコア21と裏側スキン13の間にはフィルム状の接着剤23が配置され、また、補修ハニカムコア21と補修パッチ22の間にもフィルム状の接着剤24が配置される。なお、補修ハニカムコア21の周囲と既存部分であるハニカムコア11との間にも接着剤を介在することもできることは言うまでもない。また、これらの接着剤は熱硬化性樹脂からなる。
本実施形態の補修ハニカムコア21は、フィルム状の接着剤24を介して補修パッチ22が載せられる端面30には平坦化処理が施されているところに特徴があるが、これについては、補修手順を一通り説明した後に言及する。
補修ハニカムコア21及び補修パッチ22が補修空隙14に挿入、設置されたなら、図3に示すように、補修空隙14(補修ハニカムコア21及び補修パッチ22)を包囲するのに十分な寸法を有するバッグフィルム25を、シール材26を介してその周囲を既存部分である表側スキン12に接合して、その内部を密封する。
バッグフィルム25により密閉された領域と連通する真空装置27が設けられているとともに、補修パッチ22の全体を覆うようにヒータマット28を設置する。ヒータマット28は、内部に電熱線が埋設されており、図示しない外部の電源により加熱される。
さて、本実施形態は、前述したように、補修ハニカムコア21の端面30に平坦化処理が施されている。
補修ハニカムコア21(ハニカムコア11)は、図4(a)に示すように、多数の例えば六角形のセル31が集合した構造を有する。各セル31には、その軸線方向に貫通する六角形状の細孔32が形成されており、この細孔32は補修ハニカムコア21の端面30に開口している。前述したように、受けた圧力が開口領域では反力とならずにロスしてしまうので、補修パッチ22には十分な力が加わらずにガス成分が十分に抜けきれない。そこで、本実施形態は以下説明する平坦化処理を端面30に施す。
栓33は開口を閉塞し平坦面を形成することが目的であり、端面30から細孔32の奥のほうまで達している必要はなく、端面30から5mm程度の範囲まで閉塞していれば足りる。
図5(a)に示すように、容器34に硬化後に栓33になる樹脂35を溜めておく。
平坦化処理をしたい端面30が容器34に溜められた樹脂35に対向するように補修ハニカムコア21を配置した後に(図5(a))、当該端面30の側を樹脂35に浸ける(図5(b))。
樹脂35は、細孔32であることによる毛細管現象も手伝って、開口を通じて細孔32に容易に充填される。このとき、端面30を容器34の底に突き当ててもよいし、底から離してもよい。
なお、樹脂35は、加熱・硬化ステップにおいて軟化、溶融しないものであれば、熱硬化性樹脂に限らず、紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。
なお、樹脂35の硬化処理は、端面30を樹脂35に浸けたまま行なってもよいし、補修ハニカムコア21(端面30)を樹脂35から引き上げてから行なってもよい。
以上説明したように、本実施形態は、細孔32の開口を樹脂からなる栓33で閉塞することで開口領域における反力のロスをなくすことができる。したがって、加熱・硬化ステップにおいて、補修パッチ22は端面30の全域から反力を漏れなく受けるので、加わる圧力が大気圧であっても、補修パッチ22からガス成分を十分に排除してボイドの発生を低減できる。
また、本実施形態は、細孔32の開口を栓33で閉塞するのに、樹脂35に端面30を浸けてから硬化するという簡易な手法を採用するので、低コストでボイドの発生が低減された補修構造20を得ることができる。
例えば、樹脂35を細孔32に充填するには、平坦化処理をしたい端面30を上向きにしておいて、そこに樹脂35をムラなく供給してもよいし、細孔32に挿入可能な形状に整形された栓33の前駆体樹脂を細孔32に挿入してもよい。
また、図6に示すように、フィルム状の接着剤36を介してプリプレグ37を端面30に接合することで平坦化処理することもできる。
11 ハニカムコア
12 表側スキン
13 裏側スキン
14 補修空隙
20 補修構造
21 補修ハニカムコア
22 補修パッチ
23,24,36 接着剤
25 バッグフィルム
26 シール材
27 真空装置
28 ヒータマット
30 端面
31 セル
32 細孔
33 栓
34 容器
35 樹脂
37 プリプレグ
Claims (4)
- ハニカムコアの表裏両面にスキンが配置されたハニカムサンドイッチ構造体の補修方法であって、
損傷した部位を含む前記ハニカムコアを前記スキンとともに除去して補修空隙を形成するステップ(A)と、
補修パッチが接合される側の端面が平坦化処理された補修ハニカムコアを前記補修空隙に挿入するステップ(B)と、
平坦化処理された前記補修ハニカムコアの端面に接着剤を介して前記補修パッチを配置するステップ(C)と、
前記補修ハニカムコアと前記ハニカムサンドイッチ構造体の既存部分及び補修パッチとの接合、並びに、前記補修パッチの硬化を、加熱を伴う減圧雰囲気下で行なうステップ(D)と、
を備えることを特徴とするハニカムサンドイッチ構造体の補修方法。 - 前記平坦化処理は、
前記補修ハニカムコアの開口を、ステップ(D)における加熱により軟化しない樹脂で閉塞する、
請求項1に記載のハニカムサンドイッチ構造体の補修方法。 - 前記補修パッチが配置される側の前記補修ハニカムコアの前記端面を、未硬化状態の樹脂に浸けて、その後、前記樹脂を硬化させることで、前記補修ハニカムコアの開口を閉塞する、
請求項2に記載のハニカムサンドイッチ構造体の補修方法。 - ハニカムコアの表裏両面にスキンが配置されたハニカムサンドイッチ構造体の補修構造であって、
前記ハニカムコアを前記スキンとともに除去して形成された補修空隙内に、
既存の前記ハニカムコアに対応する前記補修空隙の領域に配置される補修ハニカムコアと、
既存の前記スキンに対応する前記補修空隙の領域に配置される補修パッチと、が接合され、
前記補修パッチが配置される側の前記補修ハニカムコアの端面が平坦化されていることを特徴とするハニカムサンドイッチ構造体の補修構造。
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