JP4283924B2

JP4283924B2 - 接着方法および接着装置

Info

Publication number: JP4283924B2
Application number: JP00082299A
Authority: JP
Inventors: 光一郎角本
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JP2000198496A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、高温下で飛行する機体の表面に断熱材を接着する接着方法および接着装置に関し、さらに詳しくは、短時間、高品質、低コストに行うことのできる接着方法および接着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、宇宙往還機や宇宙船などの飛行体の機体外板は、アルミ合金や炭素繊維強化ポリイミド複合材などの材料を用いて製作されている。ところで、上記飛行体は、大気圏突入時における大気との摩擦熱で機体表面が非常に高温にさらされるため、機体表面には耐熱断熱材を接着させて機体表面を高温から保護している。通常、耐熱断熱材としては、セラミックタイルが使用されている。
【０００３】
従来、セラミックタイル（以下、タイルという）を飛行体の機体、或いは機体の一部に接着させる方法の一つに真空バッグ方法がある。この真空バッグ方法の手順を図４を用いて説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、飛行体の機体、或いは機体の一部をなす機体部材としての基材１の表面１ａに位置決め用ブロック２を配置する。そして、タイル３の接着面に接着剤４を塗布して上記位置決め用ブロック２の一側面と接するように表面１ａに配置する。真空引き用の小孔５ａを有する真空バッグフィルム５で上記位置決め用ブロック２とタイル３とを被覆すると共に、上記真空バッグフィルム５の周端をシール材であるシーラント６を塗布して完全にシールする。それから、図示しない真空引き装置を真空引き用の小孔５ａに連通して作動させることにより被覆内部の空気を所定の気圧に減圧し、その状態を所定時間維持することにより大気圧との差圧でタイル３を基材１の表面１ａに圧着させる。タイル３圧着後、上記真空バッグフィルム５を表面１ａから引き剥がし、表面１ａ上に位置している上記位置決め用ブロック２を外すと共に、接着済の上記タイル３と隣接する位置に、接着剤４を塗布したタイル３’，３”を新たに配置する（図４（ｂ）参照）。そして、真空バッグフィルム５でタイル３，３’，３”とを被覆すると共に、上記真空バッグフィルム５の周端をシーラント６を塗布する。それから、真空引き装置を真空引き用の小孔５ａに連通し作動させて被覆内部の空気を所定時間減圧してタイル３’，３”を圧着させる。このような接着作業を何度も繰り返すことによりタイル接着範囲を徐々に拡大していくようにしたものである。
【０００４】
また、特開平8-192484号公報には、次ぎのような接着装置が提案されている。
この接着装置７は、図５に示すように、外表面がそれぞれ湾曲しているハニカムサンドイッチパネル（以下、パネルという）８を製作する際、或いは事後その欠陥部分を部分的に交換する際の芯材たるハニカムコア８ａやスキン板８ｂ間の加熱加圧接着用に用いられるもので、パネル８側から順に、フレキシブルな加熱ヒータ部９と、圧縮空気が圧入されるエアーバッグ１０と、平板形状の剛性板１１と、上記エアーバッグ１０に接続されて圧縮空気の供給源１２とを備えているものである。
上記構成によりエアーバッグ１０に圧縮空気を圧入することにより、パネル８の湾曲に沿ってエアーバッグ１０が変形して確実にパネル８を加圧接着させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機体表面にセラミックタイルを接着する場合には次のような問題がある。
航空機の断熱部材として使用されるセラミックタイルは、断熱性とともに軽量であることが要求されて空隙率が大きく、その値は９０％以上に達し、そのため脆さに加えて静的な強度も低くなっており、加圧力がばらつき集中した部分が出るとその部分が破壊されることがある。また、航空機の表面は複雑な曲面を有しているので、加圧力が不均一になり易いということがある。
更に、使用する接着剤はシリコンゴム系の二液混合の常温硬化型である場合が多く、その際には各部材の接着面を均一に加圧し、そのままの接着状態を常温で長時間（常温の場合は24時間）維持しなければならない。そして、高温下で加圧時間を短縮することは機体サイズ以上の大がかりな設備を必要とするため困難である。また、タイルの接着位置及びタイル間の隙間量の調整が微妙である。更に、タイル単品毎に高さ（厚み）のバラツキがあり、加圧力を加える面が滑らかではない。
さらに、真空バッグ方法による接着には次のような問題がある。
１．機体表面全体に熱防護材、つまりタイルを接着しなければならないが、翼の前後端や側端などではシール代がとれなくて、タイル接着不可能部分が生じてしまう。
２．既に接着されたタイルに隣接する領域に新たなタイルを接着する場合、接着済のタイルも一緒にバギングしなければならないため、接着作業が進むほど広い範囲のバギングが必要となる。その際、接着作業当初に接着したタイルを何度もバギングすることで、接着済のタイルが破壊される確率が高くなる。
３．若干の減圧、例えば190ｍｍＨｇ（0.25Ｋｇ／ｃｍ²）では、真空バッグフィルム外部との差圧が少ないため、リークが発生し易く、圧力コントロールが困難となる。
４．真空バッグフィルムやシーラントなどの副資材を多く必要としてしまう。そして、これらの副資材は再使用性が無く、使用後は産業廃棄物となって無駄が生じてしまう。
５．真空バッグフィルムが突っ張るとタイルの角部に加圧力が集中し、タイルが破壊されたり、接着位置がずれたりする。
６．接着剤の特性で、接着剤を塗布したタイルを基材表面に位置させてから加圧するまでの時間（１時間以内）に制限があることから、接着作業を数回に分けて行う必要がある。また、バギング作業には時間がかかり、一度の接着作業で接着できるタイルの枚数が少ない。
【０００６】
更にまた、特開平8-192484号公報に示された接着方法では、タイルを加圧する際の加圧力が大きくなると、ゴム風船のような伸縮性を持ったエアーバッグではエアーバッグ受け面や加圧面以外の拘束されていない部分が大きく膨らんでしまう。そのため、
７．エアーバッグ自体が破壊されてしまう、
８．タイルのエッジを壊してしまう、
９．タイルの側面を押圧する場合があるのでタイル接着位置をずらしてしまう、
10．ゴムの伸縮に従ってタイルを引っ張り、接着位置ずれが発生する、
などの虞がある。これらを無くするためには、加圧面以外の面も剛性のあるケースで全面拘束しなければならないため、接着装置が非常に複雑、且つ大掛かりとなってしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来の接着方法および接着装置における問題に鑑み、短時間で接着作業を終了することができ、しかも機体部材と断熱部材との接着面が複雑な二次曲面を有していても断熱部材を確実に接着できる接着方法及び接着装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、請求項１記載の発明は、航空機の機体表面にセラミック製の断熱部材を接着する接着方法であって、上記機体表面を有する機体部材を載置する載置台の上方の自在な位置で固定可能な支持部材を設ける第１の工程と、上記支持部材に対して被接着面を対向させた上記機体部材を上記載置台に載置し固定する第２の工程と、上記断熱部材に接着剤を塗布して上記機体部材の被接着面に載置する第３の工程と、上記機体部材の被接着面の形状に近似させた下面を持つ当板を上記支持部材に懸架する第４の工程と、内部を複数の小室に区分された袋体であって略同一厚さで平板状に膨張するエアバッグを上記当板の下面に装着する第５の工程と、上記当板を上記機体部材の被接着面の上方の所定位置で上記支持部材と共に固定する第６の工程と、上記エアバッグに所定圧の空気を供給して膨張させ上記断熱部材を押圧する第７の工程と、を含むことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記第７の工程において、上記断熱部材と上記エアーバッグとの間に断熱部材表面保護の為の緩衝材を配置する工程を有したことを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、上記第２の工程と上記第３の工程との間に位置決め用部材を上記機体部材に固定する工程を有し、上記第３の工程において、上記断熱部材は上記位置決め用部材により位置決めされることを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、航空機の機体表面にセラミック製の断熱部材を接着する接着装置であって、上記機体表面を有する機体部材を載置する載置台の上方の自在な位置で固定可能な支持部材と、上記機体部材の被接着面の形状に近似させた下面を持ち上記支持部材に懸架固定される当板と、上記当板の下面に装着され、内部を複数の小室に区分された袋体であって略同一厚さの平板状に膨張するエアバッグと、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、上記接着方法であって、上記エアーバッグは上記断熱部材の接着範囲より広く、且つ非伸縮性を有する素材からなることを特徴としている。
請求項６記載の発明は、上記接着装置であって、上記エアーバッグは上記断熱部材の接着範囲より広く、且つ非伸縮性を有する素材からなることを特徴としている。
【００１３】
【作用】
かかる構成によると、エアーバッグが当板に沿って湾曲して展開する為、均一な加圧力が得られることができると共に、真空圧を使用する場合より圧力の制御が簡単にできるようになる。また、真空バッグフィルムやシーラントなどの副資材を必要としないので製作コストを削減することができる。
さらに、機体部材を作業毎にシールする必要がなくなり、バギングのようにシール代を必要としない為、機体表面全てに適用できる。
また、断熱部材を機体部材に接着してから加圧を開始するまでの作業時間を短縮することができると共に、一回の接着作業で多数の断熱部材を接着することができる。
更にまた、一つの断熱部材に対して接着荷重がかかる回数が最小限で済むので、断熱部材が損傷する確率を減少することができる。
エアーバッグが装着される当板は、機体部材の被接着面の形状を近似するだけでよく、しかも、その形状は複雑な二次曲面ではなく、一次曲面、または平面形状でもよいので容易に製作することができ、しかも製作コストがかからない。
さらに、エアーバッグは非伸縮性を有し、複数の小室に区分けされた袋体からなっているので、エアーバッグの内部が加圧されて平板形状に展開して、接着しようとする断熱部材側面への押圧力が加わらないようにすることができ、断熱部材の位置ずれを防止することができるようになると共に、加圧が必要な面積分だけエアーバッグの大きさがあればよく、また、同じエアーバッグを複数箇所で使用できる。
更にまた、断熱部材とエアーバッグとの間に断熱部材表面保護の為の緩衝材を配置する工程を有しているので、エアーバッグによる加圧時に断熱部材が損傷することをさらに防ぐことができる。
【００１４】
【実施例】
以下、図示実施例により本発明の詳細を説明する。なお、従来例と同様な部材については同一の符号を付している。
図１〜３は本発明による接着方法を実施するために用いられる接着装置の構成を示す模式図であって、同図において、上記接着装置２０は、格子体をなすように複数の枠材を組み合わせた本体２１からなっている。
上記本体２１の格子体をなしている下部前枠材２１ａと図示しない下部後枠材との対向間には、載置台としての複数の支持梁２１ｂを架設して平面視梯子状となるようにする。これらの支持梁２１ｂ上には、図示しない支持具により着脱自在に支持される基材１が載置されて本体２１に内包されるようになっている。
この基材１は飛行体の機体、或いは機体の一部である機体部材であって、複雑な二次曲面をなしている基材１の表面１ａには、断熱部材としての複数のタイル３が加圧接着される。
【００１５】
そして、上記本体２１の一部をなしている上部前枠材２１ｃと上部後枠材２１ｄとのそれぞれの下面には、長手方向に沿って移動用レール２２（一方は図示せず）が設けられていて、これらの移動用レール２２に沿って移動可能な複数のスライダー２３を介して一対の移動支持梁２４，２４が所定間隔を空けた並行状態のまま移動自在に吊設されている。また、上記スライダー２３にはそれぞれ固定用ボルト２５が取り付けられていて、移動用レール２２に沿って移動支持梁２４，２４を任意の位置に移行させた後に、固定用ボルト２５を移動用レール２２に対して締結することにより移動支持梁２４，２４を位置固定することができるようになっている。
【００１６】
さらに、上記移動支持梁２４，２４の下面には、長手方向に沿ってレール部２４ａ，２４ａが設けられていて、これらのレール部２４ａ，２４ａに沿って移動可能とした複数の支持具２６を介して当板２７が着脱自在に吊設可能となっている。
これらの支持具２６にはそれぞれ固定用ボルト２８が取り付けられていて、上記移動支持梁２４，２４のレール部２４ａ，２４ａに沿って当板２７を任意の位置に移行した後に、固定用ボルト２８をレール部２４ａ，２４ａに対して締結することにより上記当板２７を位置固定することができるようになっている。
ところで、上記当板２７の下面、つまり、基材１に対向する面の形状はタイル３を接着しようとする基材１の表面１ａ、つまり被接着面の形状を近似させてある。
【００１７】
そして、上記当板２７の下面には非伸縮性を有する素材からなり、例えば図３に示すように、適当な大きさの複数のシェル２９ａに分割され、内部を加圧すると加圧面以外の部分が大きく膨らむことなく、小区域ごとの小さな凹凸はあるものの全体的には略同一厚さの平板形状に展開する袋体のエアーバッグ２９が装着されるようになっている。
上記エアーバッグ２９には、圧力調整が可能な調整弁３０を有する圧縮空気の供給源３１がフレキシブルホース３２によって連通されていて、供給源３１からエアーバッグ２９内部に圧縮空気を圧送することによりエアーバッグ２９を平板形状へと展開させタイル３を加圧することが可能となっている。その際の適切な加圧力は0.25Ｋｇ／ｃｍ²であるがこの値に限定されることはない。
図中符号２９ｂは上記各シェル２９ａを連通している通気孔を示している。
そして、タイル３を接着しようとする接着範囲より広くなるようにエアーバッグ２９の被覆範囲は設定され（例えば、エアバッグ２９の展開時の寸法は600＊800＊50ｍｍ、タイル３の一枚の縦横の大きさは250＊250ｍｍ）、エアーバッグ２９が平板形状へと展開することにより、接着しようとする複数のタイル３を基材１の表面１ａに一度に加圧することができるようになっている。
また、位置決め用ブロック２は、基材１上に設けられた図示しないリベットなどのファスニング穴にピンボルトなどで着脱自在に取り付けられている。
【００１８】
本実施例は以上のような構成の接着装置を用いて飛行体の機体、或いは機体の一部である基材１の表面１ａに対してタイル３を広範囲に接着することができる。以下に、その接着方法の手順を説明する。
まず、図１（ａ）に示したように、基材１を本体２１の複数の支持梁２１ｃ上に載置して図示しない支持具により基材１を支持梁２１ｃに対して支持固定させる。そして、基材１の表面１ａの適宜位置に位置決め用ブロック２を固着させて、基材１に接着しようとするタイル３が正確な位置に配置されるようにする。
接着面に接着剤４を塗布した複数のタイル３を位置決め用ブロック２に沿って基材１の所定位置に配置する。この際、必要ならばタイル３間にはシムを挿入するようにしてもよい。
【００１９】
そして、接着しようとするタイル３上方にレール２２に沿って移動支持梁２４，２４を平行移動させる。そして、移動支持梁２４，２４の移動後に、スライダー２３に取り付けられている固定用ボルト２５をレール２２に締結して、本体２０に対して移動支持梁２４，２４を固定するようにする。
上記のように固定された移動支持梁２４，２４の下面側に、基材１の表面１ａの被接着面形状を近似した下面を有する当板２７を装着して、接着しようとするタイル３上方に当板２７の下面が配置されるように移動支持梁２４，２４のレール部２４ａ，２４ａに沿って当板２７を移動させる。そして、当板２７を支持している支持具２６に取り付けられている固定用ボルト２８をレール部２４ａ，２４ａに対して締結することでタイル３の接着箇所の上方位置に当板２７が配置固定されるようにする。
【００２０】
そして、基材１の表面１ａ上に配置されたタイル３と該タイル３の上方位置に配置固定された当板２７との隙間に平板形状に展開する袋体のエアーバッグ２９を挿入し、当板２７の下面にエアーバッグ２９を装着させる。このとき、当板２７とタイル３との距離は、膨張したエアバッグ２９の厚みより若干少なく設定されている。
上記した状態でエアーバッグ２９内部には供給源３１から圧縮空気が圧入されて加圧される。加圧時には、エアーバッグ２９内の圧力は調整弁３０によって微調整して加圧力を一定に維持されている。内部を加圧された上記エアーバッグ２９は当板２７に沿って展開し、均一な加圧力によりエアーバッグ２９下方に位置しているタイル３の上面を加圧してタイル３の加圧接着を行うことができる。
上記エアーバッグ２９を使用した接着方法では、バギングやシールを行う必要がないので真空圧を使用する場合よりも圧力の制御が比較的簡単にできて、基材１に接着したタイル３が該基材１から剥離するといった不具合が生じる確率を低減することができる。
また、タイル３と該タイル３を加圧するエアーバッグ２９との間には、タイル表面保護の為の緩衝材を配置するようにして加圧するようにしてもよい。そのことにより、エアーバッグ２９による加圧時にタイル３の表面や角部などが損傷することをさらに防ぐことができる。
【００２１】
そして、既に接着されているタイル３に隣接する位置に新たにタイル３’，３”を接着する場合も上記手順を同様に繰り返すことにより、基材１へのタイル３の接着範囲を拡大することができる。
タイル接着手順は上記手順と同様なので説明は省略するが、この場合、図１（ｂ）に示したように、新たに接着しようとするタイル３’，３”は、基材１の表面１ａの所定位置に固着された位置決め用ブロック２と、既に接着されているタイル３の一側面とに押し当てられることによって基材１の所定位置に位置決めがなされるようにする（この場合も必要ならばタイル間にシムを挿入するようにしてもよい）。そのため、確実に位置決めされたタイル３’，３”とタイル側面側を加圧しないエアーバッグ２９との相乗効果によりタイル３’，３”はより確実に所定位置に接着することができる。
【００２２】
本実施例は以上のような構成であるから、タイル単品毎に高さ方向のバラツキがあってもエアーバッグ２９により均一に加圧することができるので、接着しようとするタイル３を確実に加圧することが可能となる。また、タイル３への加圧力を高めることによりタイル３が基材１に接着するまでの時間を短縮することが可能となる。さらにまた、エアバッグ２９が略同一厚さに展開するので、タイル加圧時にはタイル３の横ずれを無くすことができ、しかも、当板２７の形状が基材と多少異なっているとしても被接着範囲を覆うエアーバッグ２９でカバーすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、エアーバッグが当板に沿って湾曲して展開する為、均一な加圧力が得られることができると共に、真空圧を使用する場合より圧力の制御が簡単にできるようになる。また、真空バッグフィルムやシーラントなどの副資材を必要としないので製作コストを削減することができる。
さらに、機体部材を作業毎にシールする必要がなくなり、バギングのようにシール代を必要としない為、機体表面全てに適用できる。
また、断熱部材を機体部材に接着してから加圧を開始するまでの作業時間を短縮することができると共に、一回の接着作業で多数の断熱部材を接着することができる。
更にまた、一つの断熱部材に対して接着荷重がかかる回数が最小限で済むので、断熱部材が損傷する確率を減少することができる。
エアーバッグが装着される当板は、機体部材の被接着面の形状を近似するだけでよく、しかも、その形状は複雑な二次曲面ではなく、一次曲面、または平面形状でもよいので容易に製作することができ、しかも製作コストがかからない。
さらに、エアーバッグは非伸縮性を有し、複数の小室に区分けされた袋体からなっているので、エアーバッグの内部が加圧されて平板形状に展開して、接着しようとする断熱部材側面への押圧力が加わらないようにすることができ、断熱部材の位置ずれを防止することができるようになると共に、加圧が必要な面積分だけエアーバッグの大きさがあればよく、また、同じエアーバッグを複数箇所で使用できる。
更にまた、断熱部材とエアーバッグとの間に断熱部材表面保護の為の緩衝材を配置する工程を有しているので、エアーバッグによる加圧時に断熱部材が損傷することをさらに防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接着方法に用いられる接着装置の平面図であって、（ａ）は、タイル接着開始時点の状態を、（ｂ）は途中経過の状態を示している。
【図２】図１（ｂ）の正面図である。
【図３】図１（ｂ）の側面図である。
【図４】従来の真空バッグ方法の説明図であって、（ａ）は、タイル接着開始時点の状態を、（ｂ）は途中経過の状態を示している。
【図５】従来の接着装置の概略側面図である。
【符号の説明】
１基材
２位置決め用ブロック
３（セラミック）タイル
４接着剤
２０接着装置
２１本体
２４移動支持梁
２７当板
２９エアーバッグ
３１供給源

Claims

航空機の機体表面にセラミック製の断熱部材を接着する接着方法であって、
上記機体表面を有する機体部材を載置する載置台の上方の自在な位置で固定可能な支持部材を設ける第１の工程と、
上記支持部材に対して被接着面を対向させた上記機体部材を上記載置台に載置し固定する第２の工程と、
上記断熱部材に接着剤を塗布して上記機体部材の被接着面に載置する第３の工程と、
上記機体部材の被接着面の形状に近似させた下面を持つ当板を上記支持部材に懸架する第４の工程と、
内部を複数の小室に区分された袋体であって略同一厚さで平板状に膨張するエアバッグを上記当板の下面に装着する第５の工程と、
上記当板を上記機体部材の被接着面の上方の所定位置で上記支持部材と共に固定する第６の工程と、
上記エアバッグに所定圧の空気を供給して膨張させ上記断熱部材を押圧する第７の工程と、を含むことを特徴とする接着方法。
上記第７の工程において、
上記断熱部材と上記エアーバッグとの間に断熱部材表面保護の為の緩衝材を配置する工程を有したことを特徴とする請求項１記載の装着方法。
上記第２の工程と上記第３の工程との間に位置決め用部材を上記機体部材に固定する工程を有し、
上記第３の工程において、上記断熱部材は上記位置決め用部材により位置決めされることを特徴とする請求項１又は２記載の接着方法。
航空機の機体表面にセラミック製の断熱部材を接着する接着装置であって、
上記機体表面を有する機体部材を載置する載置台の上方の自在な位置で固定可能な支持部材と、
上記機体部材の被接着面の形状に近似させた下面を持ち上記支持部材に懸架固定される当板と、
上記当板の下面に装着され、内部を複数の小室に区分された袋体であって略同一厚さの平板状に膨張するエアバッグと、を備えたことを特徴とする接着装置。
上記エアーバッグは上記断熱部材の接着範囲より広く、且つ非伸縮性を有する素材からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の接着方法。
上記エアーバッグは上記断熱部材の接着範囲より広く、且つ非伸縮性を有する素材からなることを特徴とする請求項４に記載の接着装置。