JP2014188997A - 被修理部の修理方法および修理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の修理方法は、外板1に存在する被修理部14を修理するために、修理パッチ20および接着剤21Aを被修理部14に設ける修理材設置ステップと、電磁波を照射することにより接着剤21Aを加熱し、硬化させる加熱硬化ステップと、を備える。
【選択図】図2
Description
修理材を加熱により硬化させ、被修理部に固着するために、特許文献1に示すようなヒーターマットが用いられる。ヒーターマットは、被修理部に設けられた修理材の上に配置される。また、修理材を加熱するためにヒートガンやオーブンも用いられている。
そこで、母材の変質を避けるために外部熱源の出力を下げると、修理材が十分に加熱されないので硬化不足となり、被修理部に修理材を確実に固着することが難しい。
以上の課題に基づいて、本発明は、修理材が設けられる母材を変質させることなく、修理材を十分に加熱して被修理部に確実に固着することを目的とする。
すなわち、本発明では、硬化に必要十分な熱量で修理材を発熱させることにより、修理材を十分に加熱しながら、修理材の周囲への熱拡散を極力抑えることができる。
したがって、本発明によれば、修理材が設けられる母材を過熱により変質させることなく、修理材を母材に確実に固着することができる。
ここで、修理材に複合材を用いる修理方法としては、シート状に形成した繊維に液状の熱硬化性樹脂を含浸させたものを被修理部に積層し、加熱により樹脂を硬化させる方法(ウェットレイアップ)や、半硬化の中間素材(プリプレグ)を被修理部に積層し、加熱により硬化させる方法がある。また、予め加熱硬化された修理パッチ(プリキュアパッチ)を使用し、熱硬化性の接着剤によって修理パッチを被修理部に接着する方法もある。
したがって、修理材は、例えば、予め硬化された熱硬化性樹脂からなるプリキュアパッチ、およびそのプリキュアパッチを被修理部に接着する熱硬化性接着剤に相当する。
また、別の形態として、修理材は、半硬化の熱硬化性樹脂からなるプリプレグ、およびそのプリプレグを被修理部に接着する熱硬化性接着剤に相当する。
さらに、別の形態として、修理材は、ウェットレイアップを行う場合の液状の熱硬化性樹脂および繊維に相当する。
上述した種々の修理材が設けられる被修理部は、衝撃、高温、磨耗、侵食などによって損傷することで修理対象に形成された損傷部と、損傷部の周囲の所定範囲を包含するものと定義する。
また、本発明の修理方法における、修理材設置ステップでは、修理材と修理対象との間に、電磁波を遮蔽する第2シールド部材を介在させることが好ましい。
第1シールド部材または第2シールド部材を用いることにより、電磁波の照射エネルギーを修理材に効率よく照射することができる。
第1シールド部材により修理材および発振源を覆うとともに、第2シールド部材を修理材と修理対象との間に介在させると、第1シールド部材および第2シールド部材により囲まれる空間に電磁波の照射範囲を限定することができるので、第1シールド部材および第2シールド部材の外側に電磁波のエネルギーを散逸させることなく、修理材のみを局所的に効率よく加熱することができる。
第2シールド部材は、修理後も修理対象に残される。修理対象が航空機の外板であるとき、第2シールド部材は、航空機の耐雷性を確保するのに寄与する。外板の表面には通常、導電性の良好な耐雷材が設けられている。耐雷材および第2シールド部材に沿って、外板への雷撃電流を拡散させることができる。
ハニカムコアサンドイッチ構造体のコアの内部には水分が蓄積されている。修理材を加熱すると、コアの温度上昇に伴うコア内部の水分の気化によってセルの内圧が増加するため、ハニカムコアサンドイッチ構造体が破壊されるおそれがある。
しかし、本発明によれば、上述したように修理材の周囲への熱拡散を極力抑えることができるので、コア内部の水分が気化するのを抑制することができる。そのため、従来は必要としていたコア内部の乾燥工程を省くことができるので、ハニカムコアサンドイッチ構造体の修理に要する時間を短縮できる。
その後、修理材を加熱により硬化させる加熱硬化ステップを行うと、コアの内部の水分量が低減されているために、修理材の加熱によってコアの温度が上昇しても、水蒸気に起因するセルの内圧増加を抑制できる。
本発明によれば、電磁波による水分放出ステップにより、コアの内部の水分を急速に加熱し、水分の気化を促進することができる。このため、加熱時のセルの内圧増加によってパネルが破壊されるのを阻止できる程度にまで、コア内部の水分量を迅速に低減させることができる。したがって、コア内部の水分量を低減させるために長時間を要することなく、ハニカムコアサンドイッチパネルの破壊を防止できる。
本発明においても、熱源は修理材であって、それ自体が加熱対象であるため、溶融に必要十分な熱量で修理材を発熱させることにより、修理材を十分に加熱しながら、修理材の周囲への熱拡散を極力抑えることができる。
したがって、本発明によれば、修理材が設けられる母材を過熱により変質させることなく、修理材を母材に確実に固着することができる。
本発明の修理装置は、修理対象に存在する被修理部を修理する装置であって、被修理部に設けられる修理材と、電磁波を照射することにより、修理材を加熱するための照射装置と、を備えることを特徴とする。
以下、添付図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
まず、修理によって得られた航空機の外板の構成について説明する。
図1に示す外板1は、航空機の翼の外表面を形成する。外板1は、翼の表裏に間隔をおいて配置され、翼の前縁および後縁を形成するスパーと共にボックス状に組み立てられている。
この外板1は、ハニカム構造のコア(芯材)10を2枚の表皮11,12の間に挟んだ構造(ハニカムコアサンドイッチパネル)とされている。なお、外板1がコア10および表皮11,12以外の層を備えていてもよい。
また、外板1は、航空機の胴体の外表面を構成するものであってもよい。
コア10は、セル13の内部が空隙であるために、空気を内包する。その空気中には水分が含まれている。また、隔壁10Aにも水分が保持される。隔壁10Aの表面に水が結露することもある。したがって、コア10の内部(セル13内および隔壁10A)には水分が蓄積されている。
表皮11,12は、複合材や金属、樹脂などにより形成され、コア10の端面に接着されている。これらの表皮11,12により、隔壁10Aに囲まれた開口が塞がれることで、セル13が密閉されている。
また、表皮11,12の各々の表面には、金属などの導電性材料によりメッシュ状のシートに形成された耐雷材15が設けられている。耐雷材15は、表皮11,12を形成する複合材に含まれる炭素繊維よりも導電性の良好な材料が用いられている。
被修理部14は、雹などの飛来物が耐雷材15および表皮11を貫通し、コア10にめり込んだときに形成されたものである。表皮11には、厚み方向に貫通する欠損孔141が形成されている。コア10には、欠損孔141に連通する欠損凹部142が形成されている。
ここで、被修理部14は、欠損孔141および欠損凹部142の内側である損傷部、および損傷部の周囲の所定範囲をいうものとする。
欠損孔141が形成されると、欠損孔141を通じて雨や洗浄水がコア10に浸入することも、コア10内部の水分蓄積を助長する。
欠損孔141の周囲の表皮11は、サンディングおよび洗浄によって、修理パッチ20との接着に適した面に整えられることが好ましい。
なお、本実施形態では、欠損凹部142を埋めずに空洞として残すが、欠損凹部142を修理用の部材で埋めることもできる。
修理パッチ20には、シート状に形成された導電性の耐雷材を重ねることもできる。
修理パッチ20には、炭素繊維の代わりに、ガラス繊維を用いることもでき、用いる繊維の種類は問わない。また、修理パッチ20は、金属によっても製作することができる。
シールド部材33は、後述するマイクロ波照射装置30から発せられるマイクロ波MWを遮蔽する。シールド部材33のメッシュの隙間は、マイクロ波MWの波長よりも極めて小さく設定されている。
また、シールド部材33は、欠損孔141の周囲の耐雷材15と共に耐雷デバイスを構成する。シールド部材33は、航空機の軽量化と、表皮11の形状に追従させるための柔軟性を与えるためにメッシュ状に形成されているが、孔のあいていない板状に形成することもできる。
修理パッチ20は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含むエポキシ系接着剤か硬化されることによって形成された接着層21により、シールド部材33に接着されている。接着層21は、修理パッチ20と共に修理材を構成する。
マイクロ波照射装置30は、マイクロ波MWを遮蔽するシールド筐体31と、シールド筐体31の内部に設けられるマイクロ波MWの発振源32とを備えている。
シールド筐体31は、金属やカーボンなどの導電性材料により形成され、修理パッチ20を覆う。シールド筐体31には、修理パッチ20に応じた形状の開口部31Aが形成されている。開口部31Aに対向するシールド筐体31の内面31Bに、発振源32が設けられている。シールド筐体31は、開口部31Aを修理パッチ20に向けて外板1に設置される。
シールド筐体31は、上述したシールド部材33と共に、発振源32から発せられたマイクロ波MWを遮蔽することによってマイクロ波MWの照射範囲を限定する。シールド筐体31の開口部31Aは、シールド部材33により閉塞されている。
発振源32は、波長が約2.45GHzのマイクロ波MWを発振し、被修理部14に設けられた修理パッチ20に照射する。
発振源32からのマイクロ波MWの照射量は、図示しない制御部により調節することができる。
なお、発振源32は、シールド筐体31の内部の適宜な位置に設けることができる。また、複数の発振源32を設けることもできる。
先ず、図2(a)に示すように、修理パッチ20を被修理部14に設ける(修理材設置ステップ)。その際に、シールド部材33を修理パッチ20と表皮11との間に介在させる。具体的には、シールド部材33を欠損孔141の周囲に接着する。このとき、導電性接着剤を用いることが好ましい。
そして、シールド部材33の上に、フィルム状に形成された熱硬化性の接着剤21Aおよび修理パッチ20を設ける。
真空引きによって減圧されたバッグフィルム41の内側と外側の大気圧との差圧により、修理パッチ20が表皮11の表面に対して押し付けられるので、接着剤21Aを介して修理パッチ20を密着させることができる。
マイクロ波照射装置30のシールド筐体31およびシールド部材33により、発振源32および修理パッチ20が覆われる。これらのシールド筐体31およびシールド部材33により閉空間が形成される。
発振源32から発せられたマイクロ波MWは、一部が修理パッチ20で吸収された後、接着剤21Aにも照射される。すると、接着剤21Aおよび修理パッチ20は、分極に起因する誘電損失に基づいて発熱する。
マイクロ波MWの周波数は、エポキシ樹脂の高分子の固有振動数に近似するため、分極に伴い分子同士が激しく摩擦して顕著に発熱する。マイクロ波MWの照射により、接着剤21Aに含まれるエポキシ樹脂の各分子から熱が発せられるので、接着剤21Aの全体が、接着剤21Aの硬化に必要な温度まで急速に加熱される。
また、修理パッチ20も、エポキシ樹脂により形成されている場合は顕著に発熱し、また、エポキシ以外の樹脂により形成されている場合も発熱する。いずれにしても、発熱した修理パッチ20から接着剤21Aに熱が伝達されることが、接着剤21Aの加熱を助ける。
接着剤21Aを透過したマイクロ波MWは、シールド部材33によって反射され、接着剤21Aおよび修理パッチ20に再度入射する。反射したマイクロ波MWによっても接着剤21Aおよび修理パッチ20が発熱する。
マイクロ波MWは、シールド部材33およびシールド筐体31の内壁で反射されるため、マイクロ波MWの照射範囲は、シールド筐体31およびシールド部材33により囲まれた範囲に限定される。そのため、シールド筐体31およびシールド部材33の外側にマイクロ波MWのエネルギーが散逸することなく、外板1において、マイクロ波MWの照射範囲にある修理パッチ20および接着剤21Aのみを局所的に加熱することができる。
以上により、外板1の修理が完了する。
本実施形態における熱源は、修理材を構成する修理パッチ20および接着剤21Aであって、それ自体が加熱対象である。そのため、外部熱源を用いる場合とは異なり、熱の伝達過程で拡散される熱エネルギーを見込んで、加熱対象に届く熱量よりも大きい熱量で熱エネルギーを発生させる必要がない。
すなわち、本実施形態では、接着剤21Aの硬化に必要十分な熱量で修理パッチ20および接着剤21Aを発熱させることにより、接着剤21Aを十分に加熱しながら、修理パッチ20および接着剤21Aの周囲への熱拡散を極力抑えることができる。
したがって、本実施形態によれば、修理パッチ20が設けられる母材である表皮11を過熱により変質させることなく、修理パッチ20を表皮11に確実に固着することができる。
その上、シールド筐体31およびシールド部材33によりマイクロ波MWの照射範囲を限定することで、修理パッチ20および接着剤21Aのみを局所的に、効率よく加熱することができる。そのため、母材の変質および接着剤21Aの固着不良を確実に防ぐことができるので、修理後の外板1の信頼性をより十分に確保することができる。
なお、シールド部材33が導電性接着剤によって耐雷材15に接着されていると、導電性接着剤を介してシールド部材33および耐雷材15に雷撃電流をよりスムーズに拡散させることができる。
しかし、本実施形態によれば、修理パッチ20および接着剤21Aが、自己に吸収されるだけの熱量で発熱すれば足りるので、加熱される範囲を修理パッチ20および接着剤21Aに留めることができる。そのため、コア10内部の温度上昇を抑制することができるので、セル13の内圧増加による外板1の破壊を未然に防止することができる。
したがって、外板1の破壊を防止するために、事前にコア10を乾燥させる工程を必要としない。多数のセル13内に存在する空気や隔壁10Aに水分が保持されているコア10を十分に乾燥させるためには、非常に長い時間を要するので、乾燥工程を省くことができる本実施形態の修理方法によれば、修理に要する時間を大幅に短縮できる。
よって、本実施形態の修理方法は、定期運行が強く望まれる航空機の外板1の修理に好適である。
但し、修理パッチ20について上述したように、約2.45GHzのマイクロ波MWにより、エポキシ以外の樹脂も発熱させることができる。したがって、修理パッチ20および接着剤21Aを発熱によって加熱し、接着剤21Aを硬化させて被修理部14に固着することができる限り、任意の発振周波数、任意の種類の樹脂を選定することができる。
樹脂の種類、および発振周波数の選定にあたっては、樹脂の固有振動数と発振周波数とのマッチングや、発振源の発振周波数に応じた入手容易性などを考慮するとよい。
マイクロ波は、一般的には300MHzから3THzまでの周波数帯域の電磁波を意味するが、マイクロ波の範疇を外れた周波数帯域から発振周波数を定めることもできる。
本発明において、シールド筐体31およびシールド部材33は必須ではないが、エネルギーの散逸を防いで効率よく修理材を発熱させるために、これらを設けることが好ましいことは言うまでもない。
もし、シールド部材33を省略すると、表皮11にも電磁波が照射される。このとき、表皮11の発熱による変質を避けるために、表皮11には、電磁波の発振周波数とは離れた固有振動数の材料を用いることが好ましい。
また、修理材として繊維および液状の熱硬化性樹脂を用いることもできる。この場合、繊維に含浸した熱硬化性樹脂を電磁波の照射によって加熱し、硬化させる。
修理材の形態を問わず、電磁波の照射によって修理材自体を発熱させることができるので、母材の変質を避けながら、硬化前の熱硬化性樹脂を十分に加熱し、修理材を被修理部14に確実に固着することができる。
例えば、熱可塑性樹脂を含浸した繊維を半硬化させたプリプレグを修理材として用いるときは、その修理材を被修理部14に設ける修理材設置ステップと、電磁波を照射することにより修理材を加熱して溶融した後、固化状態とするステップと、を行う。この場合も、熱硬化性樹脂を用いる場合と同様の作用効果を得ることができる。
次に、図3を参照し、ハニカムコアサンドイッチパネルを対象とする修理方法について説明する。なお、上記で既に説明した構成と同様の構成には同じ符号を付している。
第2実施形態の修理方法では、ハニカムコアサンドイッチパネルである外板1のコア10内部に蓄積された水分をマイクロ波MWの照射によって外部に放出させる水分放出ステップを行う。
そのために、外板1の表皮12にマイクロ波照射装置30を設置するとともに、反対側の表皮11のマイクロ波照射装置30に対向する位置にシールド部材33を設置する。
そして、修理材を加熱により硬化させる加熱硬化ステップを行う。上記の水分放出ステップにより、コア10の内部から水分が放出されているので、修理材の加熱によってコア10の温度が上昇しても、水蒸気に起因するセル13の内圧増加を抑制できる。そのため、外板1の破壊を防止できる。
なお、修理材を加熱し、硬化させる方法は任意である。マイクロ波照射装置30からマイクロ波MWを照射してもよいし、他の方法を用いることもできる。
なお、マイクロ波MWによる水分放出ステップは、修理を前提とせずに行うこともできる。
また、水分放出ステップにおいて、シールド筐体31がコア10内部の水分の放出を妨げない限り、マイクロ波照射装置30を表皮11に設置し、シールド部材33を表皮12に設置することもできる。
また、その他の航空機の構造物や装備品の修理にも、本発明を適用できる。
さらに、本発明は、航空機が備える部材の他、例えば、風車の羽根など、修理対象を選ばず、衝撃、高温、磨耗、侵食などによって損傷した種々の物の修理に適用できる。
本発明における修理対象は、板状のものに限らない。本発明は、任意の形態の物に存在する被修理部に修理材を固着する修理に広く適用できる。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
10 コア
10A 隔壁
11 表皮(第2表皮)
12 表皮(第1表皮)
13 セル
14 被修理部
15 耐雷材
20 修理パッチ
21 接着層
21A 接着剤
30 マイクロ波照射装置
31 シールド筐体(第1シールド部材)
31A 開口部
31B 内面
32 発振源
33 シールド部材(第2シールド部材)
41 バッグフィルム
141 欠損孔
142 欠損凹部
MW マイクロ波
Claims (9)
- 修理対象に存在する被修理部を修理する方法であって、
修理材を前記被修理部に設ける修理材設置ステップと、
電磁波を照射することにより前記修理材を加熱し、硬化させる加熱硬化ステップと、を備える、
ことを特徴とする被修理部の修理方法。 - 前記加熱硬化ステップでは、
電磁波を遮蔽する第1シールド部材により、前記修理材、および電磁波を発振する発振源を覆う、
ことを特徴とする請求項1に記載の被修理部の修理方法。 - 前記修理材設置ステップでは、
前記修理材と前記修理対象との間に、電磁波を遮蔽する第2シールド部材を介在させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の被修理部の修理方法。 - 多数のセルを有するハニカム構造のコアを表皮の間に挟んで構成されるハニカムコアサンドイッチパネルを前記修理対象として修理する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の被修理部の修理方法。 - 多数のセルを有するハニカム構造のコアを表皮の間に挟んで構成されるハニカムコアサンドイッチパネルに存在する被修理部を修理する方法であって、
前記ハニカムコアサンドイッチパネルの一方の前記表皮側に電磁波の発振源を設置するとともに、
前記ハニカムコアサンドイッチパネルの他方の前記表皮側に電磁波を遮蔽するシールド部材を設置しておき、
前記発振源から照射される電磁波により、前記コアの内部に存在する水分を気化させて前記被修理部から前記コアの外部へと放出する水分放出ステップを行った後、
前記被修理部に設けられた修理材を加熱により硬化させる加熱硬化ステップを行う、
ことを特徴とするハニカムコアサンドイッチパネルの修理方法。 - 修理対象に存在する被修理部を修理する方法であって、
修理材を前記被修理部に設ける修理材設置ステップと、
電磁波を照射することにより前記修理材を加熱して溶融した後、固化状態とするステップと、を備える、
ことを特徴とする被修理部の修理方法。 - 修理対象に存在する被修理部を修理する装置であって、
前記被修理部に設けられる修理材と、
電磁波を照射することにより、前記修理材を加熱するための照射装置と、を備える、
ことを特徴とする被修理部の修理装置。 - 前記照射装置は、
電磁波を発振する発振源と、
前記修理材および前記発振源を覆い、電磁波を遮蔽する第1シールド部材と、を備える、
ことを特徴とする請求項7に記載の被修理部の修理装置。 - 前記照射装置は、
前記修理材と前記修理対象との間に介在し、電磁波を遮蔽する第2シールド部材をさらに備える、
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の被修理部の修理装置。
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