JP6776200B2 - ファスナ及び補修構造並びに損傷検出方法 - Google Patents

ファスナ及び補修構造並びに損傷検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、ファスナ、カラー及び補修構造並びに損傷検出方法に関するものである。
航空機の外板等（補修対象部材）が損傷した場合、損傷部分を補修する方法として、損傷部分を切り取って除去し、当該除去部分を覆うように板状の補修部材を固定することで、除去部分を塞ぐ方法がある。補修部材は、補修対象部材に形成された除去部分よりも大きく形成され、補修部材の中央領域で除去部分を覆うとともに、補修部材の端部領域は除去部分の隣接領域に重なるように載置される。そして、補修部材が補修対象部材に載置された部分をファスナ止め等することで、補修部材と補修対象部材とが固定される。
このような補修方法を行った場合、補修部材と補修対象部材とが重なっている部分では、補修部材の下面や補修対象部材の上面等（すなわち、補修部材と補修対象部材が接触している面等）に発生した腐食やクラック等の損傷は、外部から視認できないので、検出が困難となる場合がある。
補修部材と補修対象部材が接触している面等の外部から視認できない損傷を検出するために、損傷を検出するセンサ等を用いることが考えられる。このようなセンサを有する補修部材としては、特許文献１のようなものがある。
特許文献１では、航空機構造等において形成されるボルト孔を挿通するボルトの軸部に渦流センサを設けた装置が開示されている。この装置は、ボルトの近傍の亀裂等を検査するものである。
米国特許第７７６２１４２号明細書
しかしながら、特許文献１の装置では、ボルトの軸部に渦流センサを設け、ボルト孔の近傍の亀裂等を検査することを目的としたものであって、補修部材と補修対象部材とが接触している面付近に発生する腐食やクラック等の損傷を検出することができない可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、補修部材及び補修対象部材に発生した損傷を好適に検出することができるファスナ、カラー及び補修構造並びに損傷検出方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のファスナ、カラー及び補修構造並びに損傷検出方法は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係るファスナは、補修対象部材と、該補修対象部材を覆う板状の補修部材とを固定可能であって、前記補修対象部材及び前記補修部材の内部に配置可能である固定部と、前記固定部に設けられ、前記補修対象部材及び前記補修部材に対して超音波を送信可能である超音波センサと、を備えている。
上記構成では、超音波センサから補修部材に対して超音波が送信された場合には、超音波が補修部材の内部を伝搬する。これにより、補修部材の内部の腐食、クラック等の損傷を検出することができる。また、超音波センサから補修対象部材に対して超音波が送信された場合には、超音波が補修対象部材の内部を伝搬する。これにより、補修対象部材の内部の腐食、クラック等の損傷を検出することができる。
したがって、補修対象部材と補修部材とを固定するファスナに設けられた超音波センサのみによって、補修部材と補修対象部材との双方の損傷を検出することができる。また、補修対象部材及び補修部材に対して、別途超音波センサを設けるために加工を施すことなく、補修部材と補修対象部材との双方の損傷を検出することができる。また、超音波によって損傷等を検出することができるので、微小な損傷も検出することができ、かつ、ファスナから比較的遠い位置の損傷も検出することができる。
また、本発明の一態様に係るファスナは、超音波センサが、前記固定部の外表面に設けられていてもよい。
上記構成では、超音波センサが固定部の外表面に設けられているので、超音波センサと、補修対象部材及び補修部材の少なくとも一方と、が接触する。これにより、補修対象部材及び補修部材の少なくとも一方に対して、補修対象部材と補修部材との界面を通過させることなく超音波を伝搬させることができる。したがって、界面による超音波の減衰を抑制することができ、精度よく損傷を検出することができる。
また、超音波センサが外部に露出しているので、超音波センサにリード線等を接続する場合には、容易に接続することができる。
また、本発明の一態様に係るファスナは、前記超音波センサが、前記固定部の内部に設けられている
上記構成では、超音波センサが固定部の内部に設けられているので、超音波センサと、補修対象部材及び補修部材とが接触しない。これにより、超音波センサに対して、補修対象部材及び補修部材からの荷重が直接作用しない。したがって、超音波センサに過度な荷重が作用せず、超音波センサの破損を防止することができる。また、超音波センサに荷重が作用した場合、適正に超音波の送信等を行えない可能性があるが、上記構成では超音波センサに対して、過度な荷重が作用しないので、適正に超音波を送信等することができる。
また、本発明の一態様に係るファスナは、前記超音波センサが複数設けられていてもよい。
上記構成では、複数の超音波センサによって、好適に補修部材及び補修対象部材の内部の腐食、クラック等の損傷を検出することができる。
また、本発明の一態様に係るカラーは、補修対象部材と、該補修対象部材を覆う板状の補修部材とを固定するカラーであって、前記補修部材または前記補修対象部材と接触する一面側に超音波センサを備えていてもよい。
上記構成では、超音波センサによって送信された超音波は、カラーと補修部材または補修対象部材との接触部分から、補修部材または補修対象部材の内部を伝搬する。これにより、補修部材または被補修部材の内部の腐食、クラック等の損傷を検出することができる。また、補修対象部材及び補修部材に対して、別途超音波センサを設けるために加工を施すことなく、補修部材と補修対象部材との双方の損傷を検出することができる。また、超音波によって損傷等を検出することができるので、微小な損傷も検出することができ、かつ、ファスナから比較的遠い位置の損傷も検出することができる。
また、本発明の一態様に係る補修構造は、上述のいずれかのファスナと、開口が形成された補修対象部材と、前記補修対象部材に固定され、前記開口を覆う板状の補修部材と、を備えている。
上記構成では、補修対象部材と補修部材とを固定するファスナに設けられた超音波センサのみによって、補修部材と補修対象部材との双方の損傷を検出することができる。また、補修対象部材及び補修部材に対して、別途超音波センサを設けるために加工を施すことなく、補修部材と補修対象部材との双方の損傷を検出することができる。また、超音波によって損傷等を検出することができるので、微小な損傷も検出することができ、かつ、ファスナから比較的遠い位置の損傷も検出することができる。
また、本発明の一態様に係る補修構造は、前記超音波センサは、前記超音波を送信する送信用超音波センサと、前記送信用超音波センサが送信した前記超音波を受信する受信用超音波センサとを含み、前記ファスナは、複数設けられ、前記複数のファスナは、前記送信用超音波センサが設けられた送信用ファスナと、前記受信用超音波センサが設けられた受信用ファスナとを含み、前記送信用ファスナと、前記受信用ファスナとは、離間して配置され、前記受信用ファスナは、第１の受信用超音波センサと第２の受信用超音波センサとを有し、前記第１の受信用超音波センサは、該受信用ファスナと前記送信用ファスナとを結ぶ仮想直線に対して一方側であって、かつ、前記送信用ファスナに面するように配置され、前記第２の受信用超音波センサは、前記仮想直線に対して他方側であって、かつ、前記送信用ファスナに面するように配置されていてもよい。
上記構成では、受信用ファスナが、受信用ファスナと送信用ファスナとを結ぶ仮想直線に対して一方側に配置される第１の受信用超音波センサ及び仮想直線に対して他方側に配置される第２の受信用超音波センサを有している。
これにより、送信用ファスナから送信された超音波が損傷によって反射し、反射した超音波を受信用ファスナで受信する際に、損傷が仮想直線よりも一方側に発生している場合には、受信用ファスナにおける第１の受信用ファスナが反射した超音波を受信するようにできる。また、損傷が仮想直線よりも他方側に発生している場合には、受信用ファスナにおける第２の受信用ファスナが反射した超音波を受信するようにできる。このように、損傷が仮想直線に対して一方側に存在する場合に受信する受信用超音波センサと、損傷が仮想直線に対して他方側に存在する場合に受信する受信用超音波センサとが異なるようにできるので、損傷が中央線に対してどちら側に存在しているかを判断することができる。
また、本発明の一態様に係る補修構造は、前記超音波センサは、前記超音波を送信する送信用超音波センサと、前記送信用超音波センサが送信した前記超音波を受信する受信用超音波センサとを含み、前記ファスナは、複数設けられ、前記複数のファスナは、前記送信用超音波センサが複数設けられた送信用ファスナと、前記受信用超音波センサが設けられた受信用ファスナとを含み、前記送信用ファスナと、前記受信用ファスナとは、離間して配置され、前記複数の送信用超音波センサは、前記送信用ファスナの周方向に並んで配置されていてもよい。
上記構成では、送信用ファスナが、周方向に並んで配置される複数の送信用超音波センサを有している。これにより、送信用ファスナから送信される超音波の量等を、周方向によって調整することができる。したがって、例えば、壁や界面の近傍に送信用ファスナが配置された場合には、壁や界面に向かって送信される超音波は、損傷の検出にほとんど役に立たない上に、壁や界面で反射することによって誤検出の原因となるが、上記構成では、壁や海面に向かって超音波を送信する送信用超音波センサを停止することによって、誤検出等を防止することができる。
また、本発明の一態様に係る損傷検出方法は、上述のいずれかのファスナを用いた損傷検出方法であって、前記超音波センサから前記超音波を送信するステップと、前記超音波の送受信状態に基づいて前記補修部材及び前記補修対象部材の少なくとも一方の損傷を検出するステップと、を有する。
また、本発明の一態様に係る損傷検出方法は、上述のいずれかの補修構造において、前記超音波センサから前記超音波を送信するステップと、前記超音波の送受信状態に基づいて前記補修部材及び前記補修対象部材の少なくとも一方の損傷を検出するステップと、を有する。
本発明によれば、補修部材及び補修対象部材に発生した損傷を好適に検出することができる。
本発明の第１実施形態に係る補修構造を示す図である。（Ａ）は補修構造の平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図１に示す補修構造に用いられるセンサ付きのファスナ及びカラーの側面図である。 図１に示す補修構造を示す模式的な平面図であって、（Ａ）は損傷が発生していない場合を示す図であり、（Ｂ）は損傷が発生している場合を示す図である。 図１に示す補修構造の変形例を示す模式的な平面図であって、（Ａ）は損傷が発生していない場合を示す図であり、（Ｂ）は損傷が発生している場合を示す図である。 図２に示すセンサ付きファスナ及びカラーの変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る補修構造を模式的に示す図である。 本発明の第３実施形態に係る補修構造を模式的に示す図である。 本発明の第４実施形態に係るセンサ付きのファスナ及びカラーの変形例を示す模式的な図である。
以下に、本発明に係るファスナ、カラー及び補修構造並びに損傷検出方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図５を用いて説明する。
補修構造１は、例えば、金属製の板材などに損傷が発生した場合に、当該損傷部分を補修する際に適用される。本実施形態では、航空機の外板２に損傷（例えば、腐食やクラック）が発生した場合について説明する。本実施形態では、当該損傷部分を切り取ることで補修を行うため、外板に開口３を形成する。
図１に示すように、本実施形態に係る補修構造１は、損傷部分を切り取ることで形成された開口３を有する外板（補修対象部材）２と、外板２の外側方向から開口３の全部を覆う補修部材４と、外板２と補修部材４とを固定するファスナ５及びカラー６と、を備える。
外板２は、アルミニウム合金等の金属で形成され、内部に航空機における内部空間８を形成している。外板２には、損傷部分を切り取ったことで開口３が形成されている。開口３は、略正方形形状に形成され、四隅に応力が集中しないように、四隅が湾曲するように形成されている。また、開口３は、外板２に発生したクラック等の損傷の残存の恐れがないように、損傷部分に対して比較的大きく形成される。外板２の開口３の周辺領域には、外板２を貫通するファスナ孔２ａが複数（本実施形態では、４０箇所）形成される。複数のファスナ孔２ａは、開口３の四辺を形成する縁と平行となるように、等間隔に配置されている。ファスナ孔２ａは、円柱状の内周面を有している。
補修部材４は、略正方形状の金属製の板状部材であって、外部に露出する露出面４ｂと、露出面４ｂと反対側の面であって外板２と接触する接触面４ｃとを有する。補修部材４は、開口３よりも大きく形成され、開口３のすべてを覆うように外板２に固定されている。すなわち、補修部材４は、開口３を覆う領域である中央部分と、中央部分を囲む領域であって外板２に固定される固定部分とを有し、固定部分における接触面４ｃが外板２と接触している。補修部材４は、開口３からのクラックの発生の恐れがないように、開口３に対して比較的大きく形成されている。
固定部分には、露出面４ｂと接触面４ｃとを連通させるように補修部材４を貫通する複数（本実施形態では、４０箇所）のファスナ孔４ａが形成される。複数のファスナ孔４ａは、それぞれ、外板２に形成された複数のファスナ孔２ａと対応する位置に形成されている。ファスナ孔４ａは、露出面から径を減少させるように形成されたテーパ状の内周面を有するテーパ部４ｄと、テーパ部４ｄの接触面側端部から円柱状の内周面を有する円柱部４ｅとを有する。
外板２に形成されたファスナ孔２ａと、補修部材４に形成されたファスナ孔４ａとは、連通することでファスナ貫通孔１０を形成する。詳細には、ファスナ孔２ａと、ファスナ孔４ａの円柱部４ｅとが連通している。すなわち、ファスナ貫通孔１０は、補修部材４及び外板２を貫通する孔であって、複数（本実施形態では、４０箇所）形成されている。複数のファスナ貫通孔１０の各々には、ファスナ５が挿通する。複数のファスナ貫通孔１０の各々にファスナ５が挿通することで、外板２と補修部材４とは固定されている。
ファスナ５は、略円錐台形状の頭部（固定部）１２と、頭部１２から所定方向に延びる円柱状の軸部１３とを有する。頭部１２はテーパ部４ｄと嵌合する。軸部１３は、内部空間８に突出する先端部１４と、頭部１２と先端部１４とを連結する基部（固定部）１５とを有する。基部（固定部）１５は、補修部材４に形成されたファスナ孔４ａの円柱部４ｅ及び外板２に形成されたファスナ孔２ａの内部に配置される。先端部１４の円柱状の外周面には、環状のカラー６が係合する。先端部１４にカラー６が係合することで、外板２と補修部材４とが固定される。すなわち、頭部１２及び基部１５によって外板２と補修部材４とを固定している。
本実施形態では、一部のファスナ５が、超音波センサ１７を備えたセンサ付きファスナ１８となっている。図２に示すように、センサ付きファスナ１８は、上述のファスナ５の基部１５の外表面に超音波センサ１７が設けられている。超音波センサ１７は、円筒状形状に形成され、基部１５の軸方向及び周方向の略全域を覆っている。基部１５に設けられた超音波センサ１７の頭部側の一部は、補修部材４と接触し、先端部１４側の一部は外板２と接触している。また、センサ付きファスナ１８の基部１５及び先端部１４には、外表面から半径方向中心側に凹んで、軸方向に延びる溝部１９が形成されている。
本実施形態に係る超音波センサ１７には、超音波を送信する送信用超音波センサ１７ｔと、送信用超音波センサ１７ｔが送信した超音波を受信する受信用超音波センサ１７ｒとの２種類存在する。したがって、センサ付きファスナ１８には、送信用超音波センサ１７ｔを取り付けた送信用ファスナ１８ｔと、受信用超音波センサ１７ｒを取り付けた受信用ファスナ１８ｒとの２種類が存在する。
本実施形態では、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとで構成されたファスナセットが４セット設けられている。各ファスナセットは、開口３の四隅近傍に配置される。詳細には、図１及び図３に示すように、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとが、開口３の四隅を構成する各角部を挟むように配置される。すなわち、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとを結ぶ仮想直線Ｌ１が角部の近傍を通過するように配置される。
なお、送信用ファスナ１８ｔは、ファスナに対して送信のみを行える超音波センサを設けて構成してもよいし、ファスナに対して送受信可能な超音波センサを設けて、制御装置等によって受信機能をオフにして構成してもよい。また、受信用ファスナ１８ｒについても同様である。
センサ付きファスナ１８は、超音波センサ１７が設けられていないファスナ５（以下、「通常のファスナ５」という。）と同様に、ファスナ貫通孔１０に挿通され、先端部１４がカラー６と嵌合することで、補修部材４と外板２とを固定する。センサ付きファスナ１８は、超音波センサ１７を設けた分、外径が通常のファスナ５よりも大きくなるので、センサ付きファスナ１８が挿通するファスナ貫通孔１０は、通常のファスナ５が挿通するファスナ貫通孔１０よりも径を大きく形成してもよい。また、センサ付きファスナ１８の基部１５を通常のファスナ５の基部１５よりも径を小さくすることで、ファスナ貫通孔１０の径を共通としてもよい。
送信用超音波センサ１７ｔ及び受信用超音波センサ１７ｒには、信号線２１が接続されている。信号線２１は、送信用超音波センサ１７ｔまたは受信用超音波センサ１７ｒと、航空機の内部空間８に配置された制御装置（図示省略）とを接続する。送信用超音波センサ１７ｔ及び受信用超音波センサ１７ｒは、この信号線２１を介して、制御装置と信号の送受信を行う。制御装置から超音波送信指令信号が信号線２１を介して送信用超音波センサ１７ｔに送信されると、送信用超音波センサ１７ｔから超音波が送信される。受信用超音波センサ１７ｒが超音波を受信すると、信号線２１を介して信号が制御装置に送信される。信号線２１は、溝部１９を介して送信用超音波センサ１７ｔまたは受信用超音波センサ１７ｒに接続されている。
送信用超音波センサ１７ｔは、検査対象となる外板２及び補修部材４の内部に向けて超音波を送信するためのもので、制御装置から信号線２１を介して高電圧（上述の超音波送信指令信号）を印加されることで超音波を送信する。本実施形態では、送信用超音波センサ１７ｔは、補修部材４と接触する部分から、補修部材４の内部に超音波を送信する。送信された超音波は、補修部材４の内部を伝搬する。また、送信用超音波センサ１７ｔは、外板２と接触する部分から、外板２の内部に超音波を送信する。送信された超音波は、外板２の内部を伝搬する。
受信用超音波センサ１７ｒは、送信用超音波センサ１７ｔから送信された超音波を受信するためのものであり、受信用超音波探触子７ｒの両端の電圧を測定するとことで、受信状態を測定する。
制御装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
次に、本実施形態に係る補修構造１が適用される外板２の補修方法について説明する。
まず、外板２に発生した損傷部分及び損傷部分に隣接する領域を加工装置（図示省略）によって切り取ることで、外板２に開口３を形成する。このとき、損傷の残存の恐れがないように、損傷部分に対して比較的大きめに開口３を形成する。次に、開口３を外側から覆うように補修部材４を外板２に対して配置する。次に、外板２及び補修部材４の所定の位置に、ファスナ貫通孔１０を形成する。ファスナ貫通孔１０を形成した後に、ファスナ貫通孔１０の内周面にシーラントを塗布する。次に、ファスナ貫通孔１０にファスナ５を圧入し、締まりばめの状態とする。このとき、所定のファスナ貫通孔１０には、通常のファスナ５ではなく、センサ付きファスナ１８を圧入する。次に、ファスナ５とカラー６とを係合させ、外板２と補修部材４とを締結固定する。なお、補修部材４を外板２に配置する際に、補修部材４と外板２とが接触する面にシーラントを塗布してもよい。
次に、本実施形態に係る補修構造１による損傷の検出方法について図３を用いて説明する。なお、図３において黒塗りの矢印は超音波の伝搬を模式的に示したものである。本実施形態では、いわゆる透過方式の損傷検出方法を用いて損傷を検出する。
上述のように、送信用超音波センサ１７ｔ（すなわち、送信用ファスナ１８ｔ）から送信された超音波は、補修部材４及び外板２の内部を伝搬する。補修部材４及び外板２の内部を伝搬する超音波は、受信用超音波センサ１７ｒ（すなわち、受信用ファスナ１８ｒ）によって受信される。受信用超音波センサ１７ｒは、超音波を受信すると受信状態を制御部に送信する。
図３（Ａ）に示すように、補修部材４及び外板２に損傷が存在しない場合には、送信用ファスナ１８ｔから送信された超音波は、損傷に遮られることなく、受信用ファスナ１８ｒによって受信される。
一方、図３（Ｂ）に示すように、補修部材４または外板２において、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとの間にクラック等の損傷Ｄが存在している場合には、補修部材４及び外板２の内部を伝搬する超音波の一部は、損傷Ｄによって遮られる。遮られた超音波は、受信用ファスナ１８ｒまで至らない。
このように、補修部材４または外板２のどちらかにおいて、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとの間に損傷Ｄが存在している場合には、損傷Ｄによって超音波の少なくとも一部が遮られるので、遮られた超音波については、受信用超音波センサ１７ｒが受信しない。これにより、損傷Ｄが存在する場合には、損傷が存在しない場合と比較して、受信用超音波センサ１７ｒが受信する超音波の送受信状態が異なる。
したがって、制御装置に送信されてきた送受信状態の情報が、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとの間に損傷がない場合と比較して、異なっている場合には、補修部材４または外板２のどちらかにおいて、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとの間に損傷が存在していると判断することができる。よって、損傷を検出することができる。
なお、損傷が存在しない場合の送受信状態としては、例えば、補修部材４及び外板２の製造時や修理完了時等の健全性が担保できる状態で取得された送受信状態を用いることができる。
この損傷検出方法は、航空機の運転中に行われてもよいし、航空機の運転停止中に行われてもよい。また、常時行われていてもよいし、所定時間ごとに自動的に行われてもよい。また、例えば、メンテナンス時等の特定の時期に、行われてもよい。
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、超音波センサ１７を設けたセンサ付きファスナ１８から補修部材４に対して超音波が送信され、超音波が補修部材４の内部を伝搬する。これにより、補修部材４の内部の腐食、クラック等の損傷を検出することができる。また、超音波センサ１７を設けたセンサ付きファスナ１８から外板２に対して超音波が送信され、超音波が外板２の内部を伝搬する。これにより、外板２の内部の腐食、クラック等の損傷を検出することができる。
したがって、外板２と補修部材４とを固定するセンサ付きファスナ１８に設けられた超音波センサ１７のみによって、補修部材４と外板２との双方の損傷を検出することができる。また、外板２及び補修部材４に対して、別途超音波センサを設けるために加工を施すことなく、補修部材４と外板２との双方の損傷を検出することができる。また、超音波によって損傷等を検出しているので、微小な損傷も検出することができ、かつ、センサ付きファスナ１８から比較的遠い位置の損傷も検出することができる。
また、超音波センサ１７が基部１５の外表面に設けられているので、超音波センサ１７と、外板２及び補修部材４とが直接接触する。これにより、外板２及び補修部材４に対して、外板２と補修部材４との界面を通過させることなく超音波を伝搬させることができる。したがって、界面による超音波の減衰を抑制することができ、精度よく損傷を検出することができる。
また、超音波センサ１７がセンサ付きファスナ１８の外部に露出しているので、超音波センサに信号線２１を容易に接続することができる。
また、送信用ファスナ１８ｔと受信用ファスナ１８ｒとが、開口３の四隅を構成する各角部を挟むように配置されているので、応力集中等によって特に損傷が発生し易い開口３の四隅の近傍を検出対象領域とすることができる。したがって、開口３の四隅の近傍の領域で発生した損傷をより好適に検出することができる。
次に、本実施形態の第１変形例について図４を用いて説明する。
第１変形例は、上述の第１実施形態とは、センサ付きファスナ１８に設けられる超音波センサの種類が異なっている。なお、上述した第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本変形例に係る超音波センサは、超音波の送信及び受信のどちらも行える送受信用超音波センサ１７ｔｒとなっている。すなわち、本変形例に係るセンサ付きファスナ１８は、送受信用超音波センサ１７ｔｒが取り付けられた送受信用ファスナ１８ｔｒとなっている。
本変形例では、いわゆる反射方式の損傷検出方法を用いて損傷を検出する。具体的には、図４（Ａ）に示すように、損傷がない場合には、送受信用超音波センサ１７ｔｒから送信された超音波は、そのまま進み続けるので、送受信用超音波センサ１７ｔｒは超音波を受信しない。一方、図４（Ｂ）に示すように、送受信用超音波センサ１７ｔｒの周辺に損傷が存在する場合には、送信した超音波が損傷により反射され、反射した超音波を送受信用超音波センサ１７ｔｒが受信する。したがって、送受信用超音波センサ１７ｔｒが超音波を受信した場合には、損傷が存在していると判断することができる。以上から、本変形例によっても、第１実施形態と同様に補修部材４と外板２との双方の損傷を検出することができる。特に、超音波の伝搬経路に対して垂直な面を持つ損傷が発生した場合に好適に損傷を検出することができる。
次に、本実施形態の第２変形例について図５を用いて説明する。
第２変形例は、上述の第１実施形態とは、センサ付きファスナに設置する超音波センサの設置場所及びセンサ付きファスナの構造の一部が異なっている。なお、上述した第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本変形例に係るセンサ付きファスナ１８’は、基部１５’及び先端部１４’が円筒状に形成され、内部に空間を有している。超音波センサ１７’は、円筒状形状に形成され、外周面が基部１５’及び先端部１４’の円筒状の内周面の略全域と接触するように設けられている。
また、本実施形態には、第１実施形態で説明した溝部が形成されていない。信号線２１は、基部１５’及び先端部１４’の内部に形成された空間を介して、超音波センサ１７’に接続されている。
本変形例では、超音波センサ１７’がセンサ付きファスナ１８’の内部に設けられているので、超音波センサ１７’と、外板２及び補修部材４とが接触しない。これにより、センサ付きファスナ１８’をファスナ貫通孔１０に挿通した際に、超音波センサ１７’に対して、外板２及び補修部材４からの荷重が直接作用しない。したがって、超音波センサ１７’に過度な荷重が作用せず、超音波センサ１７’の破損を防止することができる。また、超音波センサ１７’に荷重が作用した場合、適正に超音波の送信または受信を行えない可能性があるが、本変形例では超音波センサ１７’に対して、過度な荷重が作用しないので、適正に超音波を送信または受信をすることができる。
〔第２実施形態〕
続いて、本発明に係る補修構造の第２実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態に係る補修構造３０は、受信用超音波センサの構造及び損傷検出の方法が一部第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図６では、受信用ファスナ及び送信用ファスナを省略して図示している。
図６に示すように、本実施形態に係る受信用ファスナに設けられる受信用超音波センサ２２は、円筒形状を周方向に４等分に分割した形状である４つの分割センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄを備えている。すなわち、各分割センサは、断面円弧状であって、曲率半径の大きい大径面２３と、曲率半径の小さい小径面２４とを有する。４つの分割センサは、それぞれの大径面２３及び小径面２４が連続するように並んで配置されている。
分割センサ２２ａ及び２２ｂの大径面２３は、送信用ファスナに設けられた送信用超音波センサ２５と対向するように配置される。また、分割センサ（第１の受信用超音波センサ）２２ａは、送信用ファスナと受信用ファスナとを結ぶ仮想直線Ｌ２に対して一方側の領域ａに配置され、分割センサ（第２の受信用超音波センサ）２２ｂは、仮想直線Ｌ２に対して他方側の領域ｂに配置されている。
次に、本実施形態に係る補修構造３０による損傷の検出方法について説明する。
送信用ファスナに設けられた送信用超音波センサ２５が超音波を送信し、この超音波が損傷Ｄにより反射され、反射した超音波を受信用超音波センサ２２が受信する。このとき、超音波を送信してから受信するまでの時間を計測する。この計測された時間に基づいて、制御装置が損傷の位置を計算することで、損傷が発生した位置を特定することができる。具体的には、図６に示すように、超音波を送信してから受信するまでの時間によって、仮想直線Ｌ２に対して線対称となる２か所（図６の例では、損傷Ｄもしくは、ダミーの損傷Ｄ’の２か所）のどちらかに損傷が存在することを特定することができる。
また、４つの分割センサ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄのうちのどの分割センサで超音波を受信したかを検出することで、反射した超音波がどの方向から伝搬してきたかを、制御装置が判断できる。具体的には、図６の例では、超音波を分割センサ２２ａで受信しているので、仮想直線Ｌ２よりも一方側の領域ａに損傷が存在していると判断することができる。なぜならば、ダミーの損傷Ｄ’によって超音波が反射した場合には、分割センサ２２ｂで超音波を受信することとなるからである。
したがって、本実施形態によれば、超音波を送信してから受信するまでの時間と超音波を受信した分割センサの情報とによって、損傷が発生している場所を一義的に特定することができる。
〔第３実施形態〕
続いて、本発明に係る補修構造の第３実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態に係る補修構造４０は、送信用超音波センサの構造の一部が第１実施形態と異なっている。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図７では、受信用ファスナ及び送信用ファスナを省略して図示している。
図７に示すように、本実施形態に係る送信用ファスナに設けられる送信用超音波センサ２６は、円筒形状を周方向に４等分に分割した形状である４つの分割センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄを備えている。すなわち、各分割センサは、断面円弧状であって、曲率半径の大きい大径面２７と、曲率半径の小さい小径面２８とを有する。４つの分割センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄは、それぞれの大径面２７及び小径面２８が連続するように並んで配置されている。また、各分割センサは、それぞれ独立していて、各々が、オンオフの切替え及び送信する超音波の量や強さを調整することができるように構成されている。
本実施形態では、４つの分割センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び２６ｄが、概念上、送信用超音波センサ２６の外側領域を４等分に分割し、それぞれの分割センサが、対応する１つの領域をカバーするように超音波を送信する。すなわち、図７のように、分割センサ２６ａは、主に領域ａに超音波を送信し、分割センサ２６ｂは、主に領域ｂに超音波を送信し、分割センサ２６ｃは、主に領域ｃに超音波を送信し、分割センサ２６ｄは、主に領域ｄに超音波を送信する。
したがって、本実施形態によれば、各分割センサのオンオフを切替えたり、送信する超音波の量や強さを調整することにより、各領域に送信される超音波の量等を調整することができる。これにより、図７で示すように、壁２９（や界面）の近傍に送信用ファスナが配置された場合には、壁が存在する領域ｄに向かって送信される超音波は、損傷の検出にほとんど役に立たない上に、破線矢印で示すように、壁２９で超音波が反射することによって受信用超音波センサ３１における誤検出の原因となる。したがって、このような場合には、分割センサ２５ｄを停止することによって、誤検出等を防止することができる。
〔第４実施形態〕
続いて、本発明に係る補修構造の第４実施形態について、図８を用いて説明する。本実施形態に係る補修構造５０は、超音波センサ５１をファスナではなく、カラー５２に設ける点で第１実施形態と異なる。なお、第１実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示すように、本実施形態に係るカラー５２には、外板２と接触する面に超音波センサ５１が設けられている。この超音波センサ５１は、超音波の送信及び受信を行うことができる。
本実施形態の超音波センサ５１が超音波を送信し、送信した先に損傷が存在しない場合には、超音波は、外板２と補修部材４の界面までそのまま進み続け、超音波センサ５１は外板２と補修部材４の界面で反射した超音波を受信する。一方、図８に示すように、超音波の送信した先に損傷Ｄが存在する場合には、送信した超音波が損傷Ｄにより反射され、反射した超音波を超音波センサ５１が受信する。したがって、超音波センサ５１が、外板２と補修部材４の界面など、構造に起因する部分以外で反射した超音波を受信した場合には、損傷Ｄが存在していると判断することができる。
これにより、本実施形態によれば、外板２及び補修部材４に対して、別途超音波センサを設けるために加工を施すことなく、補修部材４及び外板２の損傷を検出することができる。特に、直接接触している外板２の損傷を好適に検出することができる。また、超音波によって損傷等を検出しているので、微小な損傷も検出することができ、かつ、カラー５２から比較的遠い位置の損傷も検出することができる。特に、本実施形態によれば、外板２が複合部材で形成されている場合に、外板２において発生する剥離損傷を好適に検出することができる。
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。
例えば、上記第１実施形態〜第３実施形態では、ファスナの基部に超音波センサを設けた例について説明したが、超音波センサは、ファスナの頭部に設けてもよい。
また、上記各実施形態では、補修構造１を航空機の外板２に適用する例について説明したが、補修の対象となる部材（補修対象部材）は航空機の外板２に限定されない。また、上記実施形態では、補修対象部材として金属の部材とする例について説明したが、補修対象部材は金属製に限定されない。例えば、補修対象部材は複合材等であってもよい。
１ 補修構造
２ 外板（補修対象部材）
２ａ ファスナ孔
３ 開口
４ 補修部材
４ａ ファスナ孔
４ｂ 露出面
４ｃ 接触面
４ｄ テーパ部
４ｅ 円柱部
５ ファスナ
６ カラー
８ 内部空間
１０ ファスナ貫通孔
１２ 頭部（固定部）
１３ 軸部
１４ 先端部
１５ 基部（固定部）
１７ 超音波センサ
１７ｔ 送信用超音波センサ
１７ｒ 受信用超音波センサ
１８ センサ付きファスナ
１８ｔ 送信用ファスナ
１８ｒ 受信用ファスナ
２２ 受信用超音波センサ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 分割センサ
２６ 送信用超音波センサ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ 分割センサ
３０ 補修構造
４０ 補修構造
５０ 補修構造

Claims (13)

  1. 補修対象部材と、該補修対象部材を覆う板状の補修部材とを固定可能であって、前記補修対象部材及び前記補修部材の内部に配置可能である固定部と、
    前記固定部に設けられ、前記補修対象部材及び前記補修部材に対して超音波を送信可能である超音波センサと、を備えたファスナ。
  2. 前記超音波センサは、前記固定部の外表面に設けられている請求項１に記載のファスナ。
  3. 前記超音波センサは、前記固定部の内部に設けられている請求項１に記載のファスナ。
  4. 前記超音波センサが複数設けられた請求項１から請求項３のいずれかに記載のファスナ。
  5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のファスナと、
    開口が形成された補修対象部材と、
    前記補修対象部材に固定され、前記開口を覆う板状の補修部材と、を備えた補修構造。
  6. 前記超音波センサは、前記超音波を送信する送信用超音波センサと、前記送信用超音波センサが送信した前記超音波を受信する受信用超音波センサとを含み、
    前記ファスナは、複数設けられ、
    前記複数のファスナは、前記送信用超音波センサが設けられた送信用ファスナと、前記受信用超音波センサが設けられた受信用ファスナとを含み、
    前記送信用ファスナと、前記受信用ファスナとは、離間して配置され、
    前記受信用ファスナは、第１の受信用超音波センサと第２の受信用超音波センサとを有し、
    前記第１の受信用超音波センサは、該受信用ファスナと前記送信用ファスナとを結ぶ仮想直線に対して一方側であって、かつ、前記送信用ファスナに面するように配置され、
    前記第２の受信用超音波センサは、前記仮想直線に対して他方側であって、かつ、前記送信用ファスナに面するように配置される請求項５に記載の補修構造。
  7. 前記超音波センサは、前記超音波を送信する送信用超音波センサと、前記送信用超音波センサが送信した前記超音波を受信する受信用超音波センサとを含み、
    前記ファスナは、複数設けられ、
    前記複数のファスナは、前記送信用超音波センサが複数設けられた送信用ファスナと、前記受信用超音波センサが設けられた受信用ファスナとを含み、
    前記送信用ファスナと、前記受信用ファスナとは、離間して配置され、
    前記複数の送信用超音波センサは、前記送信用ファスナの周方向に並んで配置される請求項５に記載の補修構造。
  8. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のファスナを用いた損傷検出方法であって、
    前記超音波センサから前記超音波を送信するステップと、
    前記超音波の送受信状態に基づいて前記補修部材及び前記補修対象部材の少なくとも一方の損傷を検出するステップと、を有する損傷検出方法。
  9. 請求項５から請求項７のいずれかに記載の補修構造において、
    前記超音波センサから前記超音波を送信するステップと、
    前記超音波の送受信状態に基づいて前記補修部材及び前記補修対象部材の少なくとも一方の損傷を検出するステップと、を有する損傷検出方法。
  10. 開口が形成された補修対象部材と、
    前記補修対象部材に固定され、前記開口を覆う板状の補修部材と、
    前記補修対象部材と該補修対象部材を覆う前記補修部材とを固定可能である固定部と、前記補修対象部材及び前記補修部材に対して超音波を送信可能である超音波センサと、を備えたファスナと、を備え、
    前記超音波センサは、前記超音波を送信する送信用超音波センサと、前記送信用超音波センサが送信した前記超音波を受信する受信用超音波センサとを含み、
    前記ファスナは、複数設けられ、
    前記複数のファスナは、前記送信用超音波センサが設けられた送信用ファスナと、前記受信用超音波センサが設けられた受信用ファスナとを含み、
    前記送信用ファスナと、前記受信用ファスナとは、離間して配置され、
    前記受信用ファスナは、第１の受信用超音波センサと第２の受信用超音波センサとを有し、
    前記第１の受信用超音波センサは、該受信用ファスナと前記送信用ファスナとを結ぶ仮想直線に対して一方側であって、かつ、前記送信用ファスナに面するように配置され、
    前記第２の受信用超音波センサは、前記仮想直線に対して他方側であって、かつ、前記送信用ファスナに面するように配置される補修構造。
  11. 開口が形成された補修対象部材と、
    前記補修対象部材に固定され、前記開口を覆う板状の補修部材と、
    前記補修対象部材と該補修対象部材を覆う前記補修部材とを固定可能である固定部と、前記補修対象部材及び前記補修部材に対して超音波を送信可能である超音波センサと、を備えたファスナと、を備え、
    前記超音波センサは、前記超音波を送信する送信用超音波センサと、前記送信用超音波センサが送信した前記超音波を受信する受信用超音波センサとを含み、
    前記ファスナは、複数設けられ、
    前記複数のファスナは、前記送信用超音波センサが複数設けられた送信用ファスナと、前記受信用超音波センサが設けられた受信用ファスナとを含み、
    前記送信用ファスナと、前記受信用ファスナとは、離間して配置され、
    前記複数の送信用超音波センサは、前記送信用ファスナの周方向に並んで配置される補修構造。
  12. 補修対象部材と、該補修対象部材を覆う板状の補修部材とを固定可能である固定部と、前記補修対象部材及び前記補修部材に対して超音波を送信可能である超音波センサと、を備えたファスナを用いた損傷検出方法であって、
    前記超音波センサから前記超音波を送信するステップと、
    前記超音波の送受信状態に基づいて前記補修部材及び前記補修対象部材の少なくとも一方の損傷を検出するステップと、を有する損傷検出方法。
  13. 開口が形成された補修対象部材と、
    前記補修対象部材に固定され、前記開口を覆う板状の補修部材と、
    前記補修対象部材と該補修対象部材を覆う前記補修部材とを固定可能である固定部と、前記補修対象部材及び前記補修部材に対して超音波を送信可能である超音波センサと、を備えたファスナと、を備えた補修構造において、
    前記超音波センサから前記超音波を送信するステップと、
    前記超音波の送受信状態に基づいて前記補修部材及び前記補修対象部材の少なくとも一方の損傷を検出するステップと、を有する損傷検出方法。
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