JP6321429B2 - 繊維強化樹脂部材の修理方法および研削方法 - Google Patents
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Description
繊維強化樹脂部材の修理方法であって、(a)前記繊維強化樹脂部材において、修理に際して除去される損傷もしくは欠陥を有する被除去部の周囲を含む領域を研削して、研削深さがほぼ均一な均一研削面を形成する工程と、(b)前記被除去部を除去することによって生じる空隙を埋めるとともに、前記均一研削面に接着された補修部を形成する工程と、を有し、前記工程(a)は、扇状に広がる高圧の水流を前記繊維強化樹脂部材に噴射することにより行われる、修理方法。
前記工程(a)において、第1の均一研削面と、第1の均一研削面の外周部に形成され研削深さが前記第1の均一研削面よりも浅い第2の均一研削面とを形成する、適用例1記載の修理方法。
前記工程(b)において、前記均一研削面にプリプレグを配置した後、前記プリプレグに前記均一研削面の方向の圧力を加えるとともに、前記プリプレグを加熱することにより、前記補修部を形成する、適用例1または2記載の修理方法。
適用例1記載の修理方法であって、前記工程(a)において、第1の均一研削面と、第1の均一研削面の外周部に形成され研削深さが前記第1の均一研削面よりも浅い第2の均一研削面とを形成し、前記工程(b)において、前記均一研削面にプリプレグを配置した後、前記プリプレグに前記均一研削面の方向の圧力を加えるとともに、前記プリプレグを加熱することにより、前記補修部を形成し、前記第1の均一研削面と前記第2の均一研削面の研削深さの差を、前記プリプレグ1枚の厚さ以上とする、修理方法。
適用例1ないし4のいずれか記載の修理方法であって、前記工程(a)において使用する研削装置を車両に搭載し、前記車両の移動先において、その場で前記工程(a)を実行する、修理方法。
A.実施形態:
A1.複合材の修理:
A2.複合材の研削:
B.模擬修理試験:
C.適用態様:
D.変形例:
図1は、本発明の一実施形態としての複合材修理方法を示す工程図である。図1(a)は、修理の対象となる損傷状態の板状の複合材900を示している。複合材900は、炭素繊維からなる補強材に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを6枚積層し、圧力下で加熱硬化させることにより形成されている。そのため、複合材900は、各プリプレグに対応する6枚の炭素繊維強化樹脂層(CFRP層)910を有している。図1(a)に示す複合材900には、矢印に示すように表面側(図の上側)から衝撃荷重が加わることにより、マイクロクラック、層間剥離、層分離および繊維破断を含む複合的な損傷が、損傷部990の表面側から裏面側(図の下側)までの全層に渉って発生している。
図2および図3は、複合材900を研削する様子を示す説明図である。図2は、斜め上方から見た様子を示し、図3(a)および図3(b)は、それぞれ、−Y方向およびX方向から見た様子を示している。複合材900の研削は、図2および図3に示すように、噴射ヘッド100から研削対象である複合材900に、X方向に扇状に拡がるアブレーシブ(研磨剤)を含まないウォータジェット(ファン流)120を噴射することにより行われる。ファン流120の拡がり方は、噴射ヘッド100の先端部102に設けられた噴射口(図示しない)の形状、および、噴射ヘッド100に供給される水の圧力Pによって変化する。
本発明の複合材修理方法により、複合材が修理可能であることを確認するため、複合材修理の模擬的な試験を行った。試験では、まず、被試験材として、厚さが3.6mmの平棒状のCFRP複合材を準備した。そして、準備した被試験材を切断し、2本の被試験材切片を得た。
図7は、本発明の一適用態様として、航空機APLの修理を行う様子を示す説明図である。図7の例では、航空機APLの複合材を用いた主翼WNGに生じた損傷を修理するために、複合材を研削する様子を示している。複合材の研削は、トラックTRKに積載された高圧ポンプユニットPNPと、トラックTRKにより運搬されるロボットアームARMと、ロボットアームARMの先端に取り付けられた噴射ヘッドHDJと、を用いて行われる。なお、図7の例では、トラックTRKにより運搬されるロボットアームARMを地上に置いているが、ロボットアームARMを取り付けた専用の車両を用いることも可能である。
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施形態では、複合材900を研削することにより形成された平坦面914a上にプリプレグ920を配置し、複合材900bとプリプレグ920とをホットプレスで接着しているが、他の方法により修理することも可能である。例えば、平坦面914a上に炭素繊維の補強材シートを配置し、補強材シートを配置した領域に熱硬化性樹脂を注入した後、注入した樹脂を硬化させるものとしても良い。但し、プリプレグは、補強材シートよりも取り扱いが容易であるため、プリプレグを用いて修理するのが好ましい。
上記実施形態では、衝撃によって複合材900に生じた損傷を修理しているが、本発明は、衝撃によって複合材900に生じた損傷の他、ボイドなどの複合材900の製造過程において発生した欠陥を修理することにも適用できる。
上記実施形態では、炭素繊維を補強材とし熱硬化性樹脂をマトリックス材とする複合材900の修理を行っているが、本発明は、他の種類の複合材の修理にも適用できる。本発明は、炭素繊維を補強材とし熱可塑性樹脂をマトリックス材とする炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)、ガラス繊維を補強材とし熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂をマトリックス材とするガラス繊維強化樹脂、アラミド繊維を補強材とし熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂をマトリックス材とするアラミド繊維強化樹脂等の種々の繊維強化樹脂部材の修理に適用することができる。
102…先端部
120…ファン流
900,900a,900b…複合材
910,910a…CFRP層
912…開口部
914,914a…平坦面
918…帯状領域
920…プリプレグ
932,934…金属板
990…損傷部
APL…航空機
ARM…ロボットアーム
FWJ…ファン流
HDJ…噴射ヘッド
HHP…高圧ホース
PNP…高圧ポンプユニット
TRK…トラック
WNG…主翼
Claims (7)
- 繊維強化樹脂部材の修理方法であって、
(a)前記繊維強化樹脂部材において、修理に際して除去される損傷もしくは欠陥を有する被除去部の周囲を含む領域を研削して、研削深さがほぼ均一な均一研削面を形成する工程と、
(b)前記被除去部を除去することによって生じる空隙を埋めるとともに、前記均一研削面に接着された補修部を形成する工程と、
を有し、
前記工程(a)は、扇状に広がる高圧の水流を前記繊維強化樹脂部材に噴射することにより行われる、
修理方法。 - 前記工程(a)において、第1の均一研削面と、第1の均一研削面の外周部に形成され研削深さが前記第1の均一研削面よりも浅い第2の均一研削面とを形成する、請求項1記載の修理方法。
- 前記工程(b)において、前記均一研削面にプリプレグを配置した後、前記プリプレグに前記均一研削面の方向の圧力を加えるとともに、前記プリプレグを加熱することにより、前記補修部を形成する、請求項1または2記載の修理方法。
- 請求項1記載の修理方法であって、
前記工程(a)において、第1の均一研削面と、第1の均一研削面の外周部に形成され研削深さが前記第1の均一研削面よりも浅い第2の均一研削面とを形成し、
前記工程(b)において、前記均一研削面にプリプレグを配置した後、前記プリプレグに前記均一研削面の方向の圧力を加えるとともに、前記プリプレグを加熱することにより、前記補修部を形成し、
前記第1の均一研削面と前記第2の均一研削面の研削深さの差を、前記プリプレグ1枚の厚さ以上とする、
修理方法。 - 前記繊維強化樹脂部材および前記プリプレグのマトリックス材は、熱硬化性樹脂である、請求項3または4記載の修理方法。
- 請求項1ないし5のいずれか記載の修理方法であって、
前記工程(a)において使用する研削装置を車両に搭載し、
前記車両の移動先において、その場で前記工程(a)を実行する、
修理方法。 - 繊維強化樹脂部材の研削方法であって、
扇状に広がる高圧の水流を前記繊維強化樹脂部材に噴射することにより、研削深さがほぼ均一な均一研削面を形成する工程を備え、
前記工程において、前記水流を前記繊維強化樹脂部材に噴射するための噴射ヘッドの先端部と前記繊維強化樹脂部材の表面との距離は、5mm〜60mmに設定され、前記噴射ヘッドに供給される水の圧力は、100MPa〜400MPaに設定されている、
研削方法。
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