JP5653634B2 - 繊維強化樹脂からなる部材の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、航空機、船舶、車両等を構成するのに用いられる繊維強化樹脂からなる部材の補修方法に関する。

近年、炭素繊維等を強化材として用いた繊維強化樹脂により様々な部材が形成されている。繊維強化樹脂からなる部材を他の構造材に固定したり、他の部品等を取り付ける場合等、繊維強化樹脂からなる部材に貫通孔を形成することがある。

このような貫通孔を形成する際、貫通孔の周囲にデラミネーション（層間剥離）が生じたり、加工誤差により貫通孔が斜めに形成されてしまったりすることがある。
また、過大な力でボルト・ナットやファスナを締め付けることにより、貫通孔の周囲にクラック等が生じる可能性もある。

このような貫通孔を補修するために、貫通孔の周囲損傷部を含む範囲を除去してテーパ孔を形成し、繊維強化樹脂からなりテーパ孔に嵌合する形状のプラグをテーパ孔に接着し、改めて貫通孔の再加工を行う手法がある（例えば、特許文献１参照。）。

米国特許第５１９０６１１号

しかしながら、上記したような手法においては、繊維強化樹脂からなるプラグを作製する手間がかかる。また、テーパ孔とプラグとを密着させるため、それぞれのテーパ角度を高精度に形成する必要があり、これに手間とコストがかかる。
さらに、一つのテーパ孔により、ある程度の範囲の径の貫通孔には対応できるとしても、様々な径の貫通孔に対応するには、複数の径のテーパ孔が形成できるようにしておく必要がある。当然、それらのテーパ孔に対応したプラグを用意する必要があり、これにもコストがかかる。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、貫通孔の補修を容易かつ低コストに行うことのできる繊維強化樹脂からなる部材の補修方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明は、繊維強化樹脂からなる部材の補修方法であって、部材において補修すべき補修部位に孔を形成する工程と、孔に、強化繊維からなる帯状のファブリックシートを筒状に丸めて挿入する工程と、孔内のファブリックシートに樹脂を含浸させる工程と、ファブリックシートに含浸させた樹脂を加熱して硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
ここで、補修部位としては、部材に形成された貫通孔がある。この場合、孔を形成する工程では、部材から貫通孔を含む範囲を削除することで孔を形成する。つまり、貫通孔を広げて孔を形成する。そして、この孔にファブリックシートを挿入し、樹脂を含浸させて孔を埋めた後、改めて貫通孔を形成する。これにより、貫通孔を補修することができる。
また、補修部位は、貫通孔に限らず、例えば部材に異物が混入した場合や傷が存在する場合でも、孔を形成することで異物や傷を除去し、この孔にファブリックシートを挿入し、樹脂を含浸させることで、補修を行える。
このような補修方法では、形成した孔にファブリックシートを丸めて挿入すれば良いので、事前に孔の径に合せたプラグ等を成形する必要は無い。
さらに、ファブリックシートを、棒状の芯材に巻き付けることで筒状に丸めることもできる。

また、孔をテーパ形状とし、ファブリックシートをテーパ状に丸めて挿入することもできる。さらにその場合、ファブリックシートを、その幅が漸次縮小する三角形状または台形状とし、当該ファブリックシートを丸めてテーパ状とすることができるので、これを孔に挿入するのが好ましい。

また、上記のファブリックシートに代えてプリプレグシートを用いることもできる。すなわち、本発明は、繊維強化樹脂からなる部材の補修方法であって、部材において補修すべき補修部位に孔を形成する工程と、孔に、強化繊維に樹脂を含浸させた帯状のプリプレグシートを筒状に丸めて挿入する工程と、プリプレグシートに含浸させた樹脂を加熱して硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、補修方法では、補修部位に孔を形成し、形成した孔にファブリックシートを丸めて挿入すれば良いので、事前に孔の径に合せたプラグ等を成形する必要は無い。さらに、ファブリックシートを、棒状の芯材に巻き付けることで筒状に丸めることもできる。これにより、貫通孔の補修を容易かつ低コストに行うことが可能となる。
また、貫通孔を補修した場合、新たに形成した貫通孔の周囲には、これを包むように筒状に巻かれたファブリックシートがあるため、貫通孔周りの面圧強度回復およびバイパス強度回復の効果を得ることが出来る。

本実施形態にかかる繊維強化樹脂からなる部材の補修方法の適用対象の例を示す図である。 繊維強化樹脂からなる部材の補修方法の流れを示す図である。 ファブリックシートを丸めるに際し、芯材を用いる場合の例を示す図である。 仮孔をテーパ状とする場合の例を示す図であり、（ａ）はテーパ状の仮孔を形成した部材を示す断面図、（ｂ）は仮孔に挿入するため、ファブリックシートをテーパ状に巻く例を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１、図２は、本実施の形態における繊維強化樹脂からなる部材の補修方法を説明するための図である。
図１に示すように、炭素繊維等の強化繊維に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂からなる部材１０に形成された貫通孔２０が、斜めに形成されたり、デラミネーション等の不具合が発生した場合、これを保守するには、まず、図２（ａ）に示すように、補修すべき部位を含む貫通孔２０の周囲の部材１０を、各種工具で切削して除去する。これにより、部材１０には、仮孔（孔）１１が形成される。この仮孔１１は、必要最小限の径で形成するのが好ましい。

次いで、図２（ｂ）に示すように、仮孔１１に、強化繊維からなるファブリックシート３０を筒状に丸めて挿入する（詰める）。このとき、ファブリックシート３０は、なるべくきつく丸めておくのが好ましい。
また、ファブリックシート３０は、その幅Ｗが、部材１０の厚さよりも大きいものを用い、仮孔１１に挿入したときに、筒状に丸めたファブリックシート３０の両端部３０ａ、３０ｂが部材１０の両面に突出するようにするのが好ましい。

また、丸めたファブリックシート３０を仮孔１１に挿入するに先立ち、あるいは挿入した後で、仮孔１１と同じ内径を有した環状のバックアッププレート３１を、部材１０の両面に接着剤や粘着テープ等の適宜接着手段を用いて取り付ける。

この後、図２（ｃ）に示すように、仮孔１１に挿入したファブリックシート３０およびバックアッププレート３１を覆うように、部材１０の両面に真空バッグ３３Ａ、３３Ｂをセットする。また、仮孔１１の下側においては、バックアッププレート３１の開口を塞ぐ蓋体３４を取り付ける。
そして、真空バッグ３３Ａ、３３Ｂのいずれか一方に、吸引装置の吸引ホース４０を接続する。また、真空バッグ３３Ａ、３３Ｂのいずれか一方に、樹脂注入装置の注入ホース４１を接続する。

この後、吸引装置の真空ポンプ等の負圧発生源により、吸引ホース４０を介して真空バッグ３３Ａ、３３Ｂ内の空間の雰囲気を吸引し、ファブリックシート３０が挿入された仮孔１１内の空間を負圧状態とする。
そして、熱硬化性の樹脂を、樹脂注入装置の樹脂材料タンクから注入ホース４１を介して供給する。真空バッグ３３Ａ、３３Ｂ内の負圧により、樹脂は真空バッグ３３Ａ、３３Ｂ内に注入され、仮孔１１内のファブリックシート３０に含浸される。

次いで、適宜のヒータにより、仮孔１１内のファブリックシート３０および樹脂を加熱し、樹脂を硬化させる。これにより、部材１０は、仮孔１１が繊維強化材料１００Ｆによって埋められた状態となる。

しかる後、図２（ｄ）に示すように、部材１０の両面に突出する繊維強化材料１００Ｆを加工工具等により除去する。
そして、ここに、改めて貫通孔２０’を形成することで、貫通孔２０の補修が完了する。

このようにして、貫通孔２０を補修するに際し、仮孔１１を形成し、仮孔１１内に強化繊維からなるファブリックシート３０を筒状に丸めて挿入し、ここに樹脂を含浸させて硬化させ、改めて貫通孔２０’を形成するようにした。これにより、予め成形したプラグを用意する必要も無く、貫通孔２０の補修を容易に行うことができる。
また、貫通孔２０の径に応じて、丸めるファブリックシート３０の径を変更するのみでよいので、その対応も容易かつ低コストに行える。

［第二の実施形態］
次に、本発明に係る繊維強化樹脂からなる部材の補修方法の第二の実施形態について説明する。ここで、以下の説明において、上記第一の実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
本実施形態においては、まず、仮孔１１を形成する点は上記第一の実施形態と同様である。
次いで、仮孔１１に、強化繊維からなるファブリックシート３０を筒状に丸めて挿入する（詰める）。このとき、図３に示すように、ファブリックシート３０は、樹脂、金属等からなる芯材５０の周囲に巻き付けておく。芯材５０の周囲に巻き付けることで、ファブリックシート３０を上記第一の実施形態に比較して、容易に、かつ、きつく巻くことができる。

この後は、上記第一の実施形態と同様であり、吸引装置の真空ポンプ等の負圧発生源により真空バッグ３３Ａ、３３Ｂ内の空間の雰囲気を吸引して負圧状態とし、ここに熱硬化性の樹脂を、樹脂注入装置の樹脂材料タンクから注入し、仮孔１１内のファブリックシート３０に含浸させる。
そして、適宜のヒータにより、仮孔１１内のファブリックシート３０および樹脂を加熱し、樹脂を硬化させた後は、部材１０の両面に突出する繊維強化材料１００Ｆ、および芯材５０を加工工具等により除去する。これにより、部材１０は、仮孔１１が繊維強化材料１００Ｆによって埋められた状態となるので、改めて貫通孔２０’を形成することで、貫通孔２０の補修が完了する。

このようにして、上記第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらに、芯材５０にファブリックシート３０を巻き付けることで、ファブリックシート３０を容易かつ緻密に巻き付けて仮孔１１内に配置することができる。

なお、上記各実施形態においては、仮孔１１を、同一径のストレート形状としたが、これを図４（ａ）に示すように、テーパ状とすることもできる。
その場合、図４（ｂ）に示すように、ファブリックシート３０は、三角形状あるいは台形状のものを用いることで、テーパ状の仮孔１１に対応して、テーパ状に丸めることが可能となる。
また、上記各実施形態では、真空吸引により樹脂をファブリックシート３０に含浸させる構成としたが、ファブリックシート３０に予め樹脂を含浸させた、いわゆるプリプレグシートを用い、このプリプレグシートを丸めて仮孔１１に挿入することも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、各形態で示した構成を組み合わせたり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…部材、１１…仮孔（孔）、２０…貫通孔、３０…ファブリックシート、３３Ａ、３３Ｂ…真空バッグ、３４…蓋体、４０…吸引ホース、４１…注入ホース、５０…芯材、１００Ｆ…繊維強化材料

Claims (15)

1. 繊維強化樹脂からなる部材の補修方法であって、
   前記部材において補修すべき補修部位に孔を形成する工程と、
   前記孔に、強化繊維からなる帯状のファブリックシートを筒状に丸めて挿入する工程と、
   前記孔内の前記ファブリックシートに樹脂を含浸させる工程と、
   前記ファブリックシートに含浸させた前記樹脂を加熱して硬化させる工程と、
   を含むことを特徴とする繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
2. 前記補修部位が貫通孔であり、前記孔を形成する工程では、前記部材から前記貫通孔を含む範囲を削除することで前記孔を形成し、
   さらに、前記樹脂を加熱して硬化させた後に、新たな貫通孔を形成する工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
3. 前記ファブリックシートを、棒状の芯材に巻き付けることで筒状に丸めることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
4. 前記孔をテーパ形状とし、前記ファブリックシートをテーパ状に丸めて挿入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繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
5. 前記ファブリックシートを、その幅が漸次縮小する三角形状または台形状とし、当該ファブリックシートを丸めてテーパ状とすることを特徴とする請求項４に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
6. 繊維強化樹脂からなる部材の補修方法であって、
   前記部材において補修すべき補修部位に孔を形成する工程と、
   前記孔に、強化繊維に樹脂を含浸させた帯状のプリプレグシートを筒状に丸めて挿入する工程と、
   前記プリプレグシートに含浸させた前記樹脂を加熱して硬化させる工程と、
   を含むことを特徴とする繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
7. 前記ファブリックシートまたは前記プリプレグシートを筒状に丸めて前記孔に挿入するに先立ち、あるいは挿入した後で、前記部材にバックアッププレートを取り付けることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
8. 前記バックアッププレートは前記部材の両面に取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
9. 前記バックアッププレートは環状であり、かつ前記補修部位における前記孔と同じ内径を有することを特徴とする請求項７または８に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
10. 前記バックアッププレートは、接着剤を用いて前記部材に取り付けられることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
11. 前記補修部位における前記孔の一面側に蓋体を取り付ける工程をさらに備えることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
12. 前記バックアッププレートは孔を有し、当該孔の表面によって前記丸められた前記ファブリックシートが支持される請求項７に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
13. 前記ファブリックシートを筒状に丸めて前記孔に挿入するに先立ち、あるいは挿入した後で、前記部材にバックアッププレートを取り付けるとともに、
    前記補修部位における前記孔の一面側に蓋体を取り付ける工程をさらに備え、かつ
    前記補修部位の前記孔における前記樹脂が注入される側とは異なる側に、前記蓋体が取り付けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
14. 前記補修部位の前記孔における鉛直方向下面に、前記蓋体が取り付けられることを特徴とする請求項１１に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。
15. 前記丸められた前記ファブリックシートは真空バッグで囲まれており、前記蓋体が取り付けられる前記孔の前記一面側は、前記真空バッグ内の空間の雰囲気が吸引される側であることを特徴とする請求項１１に記載の繊維強化樹脂からなる部材の補修方法。

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