(57)【要約】      （修正有）【課題】複合繊維アセンブリの構造体を修理するために改良されたホールプラグ提供する。【解決手段】ホールプラグ（１００）は、シャンク（１１４）の周囲に配置された複数の隆起部（１２２）を含みうる。隆起部（１２２）は、接着剤が硬化されるまで、複合繊維アセンブリに対してホールプラグ（１００）を固定することができる。ホールプラグ（１００）は、長手方向に配向された複数の溝（１１８）を含み、当該溝は、シャンク（１１４）に沿って延びるとともに、複数の隆起部（１２２）の間に設けられている。上記ホールプラグはまた、シャンク（１１４）の周囲に沿って配置されたノッチ（１１６）を含みうる。溝（１１８）及びノッチ（１１６）は、ホールプラグを複合繊維アセンブリにおける穴に挿入している間に十分な量の接着剤をシャンク（１１４）の他の部分、及び、複合繊維アセンブリに分散させ易くするために、接着剤担体として使用することができる。【選択図】図１
2020037998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジと、ベベルと、シャンクと、複数の隆起部と、を含むホールプラグであって、
前記フランジは、第１直径を有するとともに、前記ホールプラグの第１端に設けられており、
前記ベベルは、前記フランジから延びるとともに、前記フランジと角度をなして交差しており、
前記シャンクは、前記ベベルから延びるとともに、前記フランジから離れて、前記ホールプラグにおいて前記第１端とは反対側の第２端へと延びており、前記シャンクは、
前記第１直径よりも小さい第２直径と、
前記シャンクに形成されるとともに前記シャンクの外面の周りに配向された複数の縦溝と、を含み、
前記複数の隆起部は、前記シャンクの前記外面に設けられるとともに、前記シャンクの外面から延びており、且つ、前記複数の縦溝の間に配置されている、ホールプラグ。
【請求項２】
前記複数の隆起部の各々は、半径を含み、
前記ホールプラグの縦軸に平行な各半径の接線は、前記第１直径の範囲内で前記フランジと交差している、請求項１に記載のホールプラグ。
【請求項３】
前記シャンクにより画定される周回ノッチをさらに含み、前記周回ノッチは、前記複数の縦溝と前記フランジとの間に配置されている、請求項１に記載のホールプラグ。
【請求項４】
前記複数の隆起部の各々は、前記ホールプラグの縦軸に平行な第１高さを有しており、
前記複数の縦溝の各々は、前記ホールプラグの前記縦軸に平行であって、且つ、前記第１高さよりも高い第２高さを有しており、
前記複数の縦溝は、前記複数の隆起部よりも、前記ホールプラグの前記第１端及び前記第２端の近くに配置されている、請求項１に記載のホールプラグ。
【請求項５】
前記ホールプラグの前記第２端は、面取り面を含む、請求項４に記載のホールプラグ。
【請求項６】
前記複数の縦溝は、前記面取り面内に延在している、請求項５に記載のホールプラグ。
【請求項７】
各隆起部が半径を規定することにより、前記複数の隆起部が複数の半径を規定しており、
各半径は、前記ホールプラグの縦軸に平行な接線を含み、各半径の各接線は、前記第１直径の範囲内で前記フランジと交差している、請求項１に記載のホールプラグ。
【請求項８】
前記ホールプラグは、第１隆起部、前記シャンク、及び、前記第１隆起部の反対側の第２隆起部を通る第３直径を有し、
前記第３直径は、前記第１直径よりも小さく、且つ、前記第２直径よりも大きい、請求項７に記載のホールプラグ。
【請求項９】
前記ホールプラグは、単一の材料から形成される、請求項１に記載のホールプラグ。
【請求項１０】
表面粗さを有しており、前記表面粗さの平均粗さ中心線「Ｒａ」は、２５０ミクロン（μｍ）〜４００μｍである、請求項９に記載のホールプラグ。
【請求項１１】
前記単一の材料は、マルエージング鋼である、請求項１０に記載のホールプラグ。
【請求項１２】
複合積層材、及び、当該複合積層材を覆う外板を有する複合樹脂アセンブリの領域を再加工するための方法であって、
前記複合樹脂アセンブリの前記領域に穴を形成し、前記穴は、前記外板内に第１直径を有し、且つ、前記複合積層材内に第２直径を有し、前記第１直径は、前記第２直径よりも大きく、
ホールプラグのシャンクに形成された複数の溝に接着剤を塗布し、
前記ホールプラグを前記ホールに完全に挿入して前記外板に埋め込み、
前記接着剤を硬化させ、
前記接着剤の硬化後、前記領域の再加工を完了する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合材料で形成される複合材構造体の分野に関し、特に、複合材構造体の再加工及び修理に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合繊維強化ポリマーなどの複合材料は、他の材料と比較して、重量、強度、剛性、複雑な輪郭形状への成形性等の利点を有するため、様々な産業で一般に使用されている。航空宇宙産業においては、複合繊維強化ポリマー（ここでは、簡易化のためにまとめて「炭素複合材」と呼ぶ）は、胴体、翼、尾翼などの、様々な航空機用構造体、又は、構造体の一部を形成するために、一般に使用される。炭素複合材は、樹脂接着剤、マトリクス、又は、バインダを用いて積層された炭素繊維シートの複数の層を含みうる。炭素複合材を含む炭素繊維アセンブリを完成させるために、ファスナを用いて、外側シェル又は外板パネル（すなわち、外板）を、金属製ストリンガ及びリブを含みうる内側フレームに取り付ける場合がある。
【０００３】
炭素複合材は、強度及び耐久性に優れているが、疲労や損傷などがみられる部位や領域に対しては、再加工及び／又は修理が必要になる場合がある。再加工が行われる領域は、例えば、他の物体との物理的接触、段階的な摩耗、材料における欠陥や製造上の欠陥、風による損傷、落雷、化学的損傷、疲労、又は、他の原因によって生じうる。他の場合においては、上記領域は、例えば、複合材層を支持する追加のフレームワークの取り付けなどの、構造体の再加工により生じる場合がある。この領域は、外板に対する表面損傷のみを含む場合もあれば、炭素複合材にまで広がっている場合もある。
【０００４】
場合によっては、周囲の構造に応じて複合樹脂を再加工又は修理することがあるが、これは、損傷領域を除去し、硬化剤と共にファイバパッチとエポキシ樹脂を付着させ、樹脂を硬化させてから、当該ファイバパッチ及びその周りの領域のサンディング及び仕上げを行うことによって達成される。一般に、樹脂の硬化中、ファイバパッチに対して真空力を加えることにより、ファイバパッチを構成する複数のファイバ層を圧縮して、積層されたこれらの層の内部及び層の間から空気及び揮発性ガスを除去するとともに、余分な樹脂を除去することができる。
【０００５】
複合材構造体を修理するために改良された構造体、方法、及び、キットは、当該技術に貢献するものとなるであろう。
【発明の概要】
【０００６】
以下に、本開示の１つ以上の実施形態におけるいくつかの態様についての基本的な理解を目的として、本開示の概要を説明する。本概要は、本開示の包括的な概説ではなく、或いは、本開示において不可欠な要素又は重要な要素を特定するものでもなく、本開示の範囲を規定するものでもない。むしろ、その主な目的は、後に提示される詳細な説明の前置きとして、本開示の１つ以上の概念を簡略化した形で提示することである。
【０００７】
本開示の実施形態においては、ホールプラグは、フランジと、ベベルと、シャンクと、を含み、前記フランジは、第１直径を有するとともに、前記ホールプラグの第１端に設けられており、前記ベベルは、前記フランジから延びるとともに、前記フランジと角度をなして交わっており、前記シャンクは、前記ベベルから延びるとともに、前記フランジから離れて、前記ホールプラグにおいて前記第１端とは反対側の第２端へと延びており、前記シャンクは、前記第１直径よりも小さい第２直径と、前記シャンクに形成されるとともに前記シャンクの外面の周りに配向された複数の縦溝と、を含む。前記ホールプラグは、複数の隆起部をさらに含み、前記複数の隆起部は、前記シャンクの前記外面に設けられるとともに、前記シャンクの外面から延びており、且つ、前記複数の縦溝の間に配置されている。
【０００８】
任意ではあるが、前記複数の隆起部の各々は、半径を含み、前記ホールプラグの縦軸に平行な各半径の接線は、前記第１直径の範囲内で前記フランジと交わっている。前記ホールプラグは、前記シャンクにより画定される周回ノッチをさらに含んでもよく、前記周回ノッチは、前記複数の縦溝と前記フランジとの間に配置されている。前記複数の隆起部の各々は、前記ホールプラグの縦軸に平行な第１高さを有しうる。前記複数の縦溝の各々は、前記ホールプラグの前記縦軸に平行であって、且つ、前記第１高さよりも高い第２高さを有しており、前記複数の縦溝は、前記複数の隆起部よりも、前記ホールプラグの前記第１端及び前記第２端の近くに配置されていてもよい。前記ホールプラグの前記第２端は、面取り面を含んでもよく、前記複数の縦溝は、前記面取り面内に延在していてもよい。
【０００９】
さらに、各隆起部が半径を規定することにより、前記複数の隆起部が複数の半径を規定するようにしてもよい。各半径は、前記ホールプラグの縦軸に平行な接線を含んでもよく、各半径の各接線は、前記第１直径の範囲内で前記フランジと交わっていてもよい。
【００１０】
一実施形態においては、前記ホールプラグは、第１隆起部、前記シャンク、及び、前記第１隆起部の反対側の第２隆起部を通る第３直径を有してもよく、前記第３直径は、前記第１直径よりも小さく、且つ、前記第２直径よりも大きくてもよい。前記ホールプラグは、単一の材料から形成されてもよく、前記単一の材料は、マルエージング鋼であってもよい。前記ホールプラグは、表面粗さを有していてもよく、前記表面粗さの平均粗さ中心線「Ｒａ」は、２５０ミクロン（μｍ）〜４００μｍである。
【００１１】
本開示の他の実施形態においては、複合繊維アセンブリは、複合積層材と、前記複合積層材を覆う外板と、を含み、前記複合積層材及び前記外板は、これらを貫通する穴を有しており、前記外板を貫通する前記穴の第１直径は、前記複合積層材を貫通する前記穴の第２直径よりも大きい。前記複合繊維アセンブリは、前記穴内に配置されたホールプラグをさらに含み、前記ホールプラグは、フランジと、ベベルと、シャンクと、を含み、前記フランジは、第３直径を有するとともに、前記ホールプラグの第１端に設けられており、前記ベベルは、前記フランジから延びるとともに、前記フランジと角度をなして交わっており、前記シャンクは、前記ベベルから延びるとともに、前記フランジから離れて、前記ホールプラグにおいて前記第１端とは反対側の第２端へと延びている。前記シャンクは、前記第３直径よりも小さい第４直径と、前記シャンクに形成されるとともに前記シャンクの外面の周りに配向された複数の縦溝と、を含む。前記ホールプラグは、複数の隆起部をさらに含み、前記複数の隆起部は、前記シャンクの前記外面に設けられるとともに、前記シャンクの外面から延びており、且つ、前記複数の縦溝の間に配置されており、前記複合積層材は、前記フランジと前記複数の隆起部との間で前記ホールプラグに物理的に接触している。
【００１２】
任意ではあるが、前記複数の隆起部の各々は、半径を含み、前記ホールプラグの縦軸に平行な各半径の接線は、前記第３直径の範囲内で前記フランジと交わっている。前記ホールプラグは、前記シャンクにより画定される周回ノッチをさらに含んでもよく、前記周回ノッチは、前記複数の縦溝と前記フランジとの間に配置されている。前記複数の隆起部は、前記ホールプラグの縦軸に平行な第１高さを有していてもよく、前記複数の縦溝の各々は、前記ホールプラグの前記縦軸に平行であって、且つ、前記第１高さよりも高い第２高さを有していてもよく、前記複数の縦溝は、前記複数の隆起部よりも、前記ホールプラグの前記第１端及び前記第２端の近くに配置されてもよい。前記ホールプラグは、前記第２端において面取り面をさらに含んでもよく、前記複数の縦溝は、前記面取り面内に延在している。
【００１３】
本開示の他の実施形態は、複合積層材、及び、当該複合積層材を覆う外板を有する複合樹脂アセンブリの領域を再加工するための方法を含む。前記方法においては、前記複合樹脂アセンブリの前記領域に穴を形成し、前記穴は、前記外板内に第１直径を有し、且つ、前記複合積層材内に第２直径を有し、前記第１直径は、前記第２直径よりも大きく、ホールプラグのシャンクに形成された複数の溝に接着剤を塗布し、前記ホールプラグを前記ホールに完全に挿入して前記外板に埋め込み、前記接着剤を硬化させ、前記接着剤の硬化後、前記領域の再加工を完了する。任意ではあるが、前記領域の再加工の完了は、前記接着剤の硬化後に前記領域に真空バッグを取り付けることと、前記領域及び前記ホールプラグに真空力を加えることと、を含みうる。前記領域に対して前記真空力を加えることにより、前記ホールプラグを覆う１つ以上の修理層をデバルクすることができる。前記方法は、前記複合積層材に勾配を形成することと、前記ホールプラグの前記シャンクから延びる隆起部が、前記勾配に保持された状態で、前記穴に前記ホールプラグを部分的に挿入することと、前記ホールプラグの前記シャンクを囲むノッチに前記接着剤を塗布することと、をさらに含みうる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、明細書の記載とあわせて本開示の実施形態を説明するものであり、本開示の原理を説明することを目的とする。
【００１５】
【図１】本開示の実施形態によるホールプラグを示す側面図である。
【図２】図１のホールプラグを示す平面／上面図である。
【図３】図１のホールプラグを示す底面図である。
【図４】修理又は再加工の必要な領域を有する複合繊維アセンブリを示す断面図である。
【図５】図４に示す構造体に穴を形成した状態を示す図である。
【図６】図５に示す構造体の穴にホールプラグを部分的に挿入した状態を示す図である。
【図７】図６に示す構造体の穴にホールプラグを完全に挿入した状態を示す図である。
【図８】図７に示す構造体の修理又は再加工を行っている様子を示す図である。
【図９】図８に示す構造体の修理又は再加工が完了した様子を示す図である。
【図１０】図９に示す構造体からホールプラグを抜き取り、得られた締結穴をライナで内張り（lining）した状態を示す図である。
【図１１】複合材積層体の穴に挿入されたホールプラグを示す機能ブロック図である。
【図１２】ワークピースを修理又は再加工するための方法を示すフローチャートである。
【００１６】
なお、図面においては、厳密な構造上の精度、詳細、及び、縮尺を維持するのではなく、一部の詳細を簡易化したり、本開示の理解を容易にするように描いたりしている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで、本開示の例示的な実施形態を詳細に示し、その例を添付の図面に示す。便宜上、図面全体を通して、同じ又は同様の部品には同じ参照番号を用いる。本明細書で参照される構造体は、単純化のために示されていない追加の構成要素を含みうるが、図示した様々な構造体は、排除又は変形が可能である。
【００１８】
上述のように、炭素複合材の修理中、表面領域に真空力を加えることができる。真空力により、複数のファイバ層の内部及び層の間から空気及び揮発性ガスを除去して、積層されたこれらのファイバ層をデバルク（debulks）するとともに、余分な樹脂を除去する。
【００１９】
上述したように、いくつかの構造体は、複合繊維アセンブリを形成するために、硬質の外板パネルで覆われた炭素複合材を含みうる。複合繊維アセンブリは、一対の隣接又は平行する表面を含み、これらの隣接する表面間においては中空領域、又は、隙間が形成されている。この構造により、修理又は再加工が行われる表面（すなわち、修理面）の裏側へのアクセスを抑止又は阻止することができる。この中空領域の体積が大きいか、或いは、当該領域への空気や他のガスの流入が可能である場合、修理パッチの硬化中における修理面への真空力を得ることが困難又は不可能であり、仮に真空力を加えたとしても、修理パッチが修理面から浮いてしまう場合がある。
【００２０】
したがって、本開示は、積層された炭素複合材の層に挿通配置されるホールプラグを含む。このホールプラグは、炭素複合材を通る開口を埋めて、構造体の修理を単純化することができる。
【００２１】
図１は、本開示の例示的な実施形態によるホールプラグ１００を示す側面図であり、図２は、底面図であり、図３は上面図である。ホールプラグの設計には、以下に説明する多層炭素繊維樹脂の構造体などの、炭素複合材とともに用いるための様々な構成要素が含まれうる。なお、図示されたホールプラグ１００は１つの例示的な実施形態であって、他の実施形態は、簡易化のために図示されていない他の構成要素を含んでもよい。また、図示した様々な構成要素は、排除又は変形が可能である。
【００２２】
図１に示す実施形態におけるホールプラグ１００は、ホールプラグ１００の第１端における第１面すなわち上面１０２と、ホールプラグ１００の第２端における第２面すなわち下面１０４と、上面１０２と下面１０４との間（すなわち、第１端と第２端との間）に設けられたボディ１０６と、を含む。上面１０２及び下面１０４は、平面又は略平面であって、互いに平行又は略平行である。ボディ１０６は、フランジ１０８を含み、当該フランジは、約９０°±５°の角度で上面１０２と交わっており、厚さ１１０を有する。ボディ１０６は、フランジ１０８と交じわるベベル（bevel）１１２と、当該ベベル１１２と交じわるシャンク１１４とを、さらに含む。ベベル１１２は、ホールプラグ１００の中心を通って延びる縦軸Ａに対して約１００°±５°の角度、又は、以下に詳細に説明するように、充填するための穴の皿穴に一致する他の角度を有する。ベベル１１２の角度が９５°未満、又は、１０５°を超える場合、炭素繊維積層体との接着結合が弱くなり、使用中に真空を印加したときにホールプラグ１００の周囲で空気漏れが発生しうる。シャンク１１４は、縦軸Ａと略平行であってもよい。
【００２３】
シャンク１１４は、縦軸Ａの周囲でシャンク１１４の全体を取り囲むことができるノッチ１１６を有しており、これによって周回ノッチが形成されている。ノッチ１１６の２つの直線エッジは、約４５°±５°の角度シータ１（θ1）を形成するように交わっていてもよい。シャンク１１４は、少なくとも部分的に、複数の溝１１８をさらに有する。各溝１１８は、縦軸Ａと平行な高さと、縦軸Ａに垂直な幅とを有し、高さは、幅よりも大きいため、溝１１８は縦方向の溝を形成している。複数の溝１１８は、縦軸Ａと平行なシャンク１１４の大部分に沿って延びている。さらに、複数の溝１１８は、面取り面１２０すなわち面取り部１２０内に延在している。したがって、面取り部１２０は、複数の溝１１８の各々の一部を画定している。図３は、ホールプラグ１００の周囲にほぼ等間隔で配置された８つの溝１１８を示しており、したがって、各溝１１８の中心は、２つの隣接する溝の各々から、ホールプラグ１００の周囲に４５°離間している。各溝１１８の２つの直線エッジは、約９７．２°±５°の角度シータ２（θ2）を形成するように交わっていてもよい。
【００２４】
ホールプラグ１００は、シャンク１１４から延びる複数のロック止め、突起、保持部材、又は、隆起部（nubs）１２２（以下、集合的に「隆起部」）をさらに含む。図１及び３は、隣接する溝１１８の各対の間に設けられた１つの隆起部１２２を示す。隆起部１２２は、ホールプラグ１００の周囲にほぼ等間隔で配置されているため、各隆起部１２２の中心は、２つの隣接する隆起部の各々から、ホールプラグ１００の周囲に４５°離間している。各隆起部１２２は、例えば、半径を有する球形セクタ、球形スライス（spherical slice）、半球などを含み、複数の隆起部によって複数の半径が規定されている。図１に示すように、縦軸Ａに平行な各隆起部１２２の半径の接線Ｔは、フランジ１０８の外径Ｄ１（図２）内でベベル１１２と交わっている。他の態様においては、縦軸Ａを通り、且つ、シャンク１１４の両側に設けられた一対の隆起部１２２を通るホールプラグ１００の幅Ｗは、フランジ１０８の外径Ｄ１よりも小さい。これに加えて、隆起部１２２の中点（midpoint）を通るホールプラグ１００の周囲（図１に示す幅「Ｗ」を周囲に沿ってほぼ囲む）は、フランジ１０８の外側垂直面を囲むホールプラグ１００の周囲よりも小さい。さらに、シャンク１１４の外径Ｄ４（図３）は、フランジ１０８の外径Ｄ１よりも小さい。
【００２５】
図１に示す幅Ｗに示される隆起部１２２の中点は、上面１０２と下面１０４との間のホールプラグ１００の略中央でなければならない。この態様においては、図１に示す「Ｗ」は、ホールプラグ１００の中央又は中点を指しており、ホールプラグ１００の全高の５０％は、中点Ｗよりも上であり、ホールプラグ１００の全高の５０％は、中点Ｗよりも下である。図示のように、複数の溝１１８は、複数の隆起部１２２と比較して、ホールプラグの第１端における第１面１０２、及び、第２端における第２面１０４の近くに配置されることによって、以下に説明するように、シーラント（例えば、粘着剤）を容易に分散させることができる。
【００２６】
図１に示すように、面取り部１２０の表面は、シャンク１１４の表面及び下面１０４と交わるとともに、当該下面１０４と角度シータ３（θ3）を形成している。角度θ3は、約１３１°±５°であってもよい。
【００２７】
使用に関して、ホールプラグ１００は、フランジ１０８の直径Ｄ１（例えば、上面１０２の直径Ｄ１）が、当該ホールプラグの使用対象である穴（すなわち、炭素繊維樹脂積層体を通る穴）の最小径よりも大きく、且つ、複合繊維アセンブリの外面を通る穴（すなわち、外板を通る穴）の最大径よりも小さくなるように設計されてもよい。さらに、以下に説明するように、フランジ１０８の厚さ１１０は、取付中に課される負荷、及び／又は、力に耐えるのに十分な厚みを有しうる。ベベル１１２（ベベル１１２の角度及び高さ）は、これのために設計される皿穴に一致するように設計される。
【００２８】
ノッチ１１６は、外板の底部のインターフェースにおける接合を容易にするために含めることができる。ノッチ１１６により、ホールプラグ１００を炭素繊維積層体に少なくとも部分的に取り付ける追加の粘着剤担体（carrier）又は粘着剤受容部が提供される。同様に、シャンク１１４及び縦軸Ａと平行に延びる溝１１８は、炭素繊維積層体に取り付けるための追加の粘着剤担体又は粘着剤受容部として設計されている。ノッチ１１６及び溝１１８はまた、両方とも、粘着剤の硬化前にホールプラグ１００を所定位置に維持するための摩擦抵抗を付与することができる。溝１１８は、ホールプラグ１００を受容する穴の長さ全体に亘って粘着剤が運ばれるように、隆起部１２２の上側及び下側の両方に延びている必要がある。
【００２９】
隆起部１２２のサイズは、炭素繊維積層体の穴にホールプラグ１００を維持するのに十分な程度に大きく、且つ、穴を通過する際に炭素繊維積層体を損傷しない程度に十分小さい。面取り部１２０の長さ、及び、面取り部の角度θ3は、修理中に、炭素繊維アセンブリの穴にホールプラグ１００を容易に取り付けられるように設計されている。ボディ１０６の最小長（すなわち、ホールプラグ１００の全長）は、ホールプラグ１００の取り付けを容易にする長さであって、且つ、取付中に、隆起部１２２がシャンク１１４から折れたり破損したりするのを防止するのに役立つ長さであるように設計される。
【００３０】
ホールプラグ１００の表面粗さは、当該ホールプラグ１００に対する粘着剤の機械的接合に役立つ。一実施形態においては、ホールプラグ１００は、表面粗さを有しうる。この場合、表面粗さの平均粗さ中心線（average roughness centerline）「Ｒａ」は、２５０ミクロン（μｍ）〜４００μｍである。
【００３１】
ホールプラグ１００は、例えば、三次元（３Ｄ）プリンティング処理などの付加製造処理により形成することができる。３Ｄプリンティング処理は、マルエージング鋼（maraging steel）などの金属又は金属合金のレーザー焼結（laser sintering）を含みうる。他の製造処理においては、ホールプラグ１００は、金属、金属合金、又は、ポリマーなどの適切な合成物質の成形処理によって形成することができる。ホールプラグ１００は、単一の中実構造体、又は、単一の材料から形成することができるが、２つ以上の材料又は層で形成したり、軽量化のためにホールプラグ１００を中空にするなどの他の構成も考えられる。上述した表面粗さは、３Ｄプリンティング処理、成形処理、又は、他の成形処理により実現することができ、これに代えて、化学エッチング、機械エッチング、又は、化学機械エッチングのうちの１つ又は複数などの別の手法によっても実現することができる。
【００３２】
上述したようなホールプラグ１００を使用するための様々な用途及び技術が考えられる。例示的な用途の例を図４〜９に示す。図４は、剛性外層すなわち外板４０２と、炭素繊維積層体４０４とを含む複合樹脂アセンブリ４００（例えば、炭素繊維アセンブリ４００）を示す断面図である。図４に示す炭素繊維積層体４０４は、４つの炭素繊維層４０４Ａ〜４０４Ｄを含むが、炭素繊維積層体は、２つ以上の炭素繊維層を含むことができ、例えば、１００以上の層を含んでもよい。炭素繊維アセンブリ４００は、再加工又は修理（以降、一般的にまとめて再加工と呼ぶ）が行われる領域４０６を含む。再加工が行われる領域４０６は、炭素繊維アセンブリの損傷、保守、再構築、若しくは、補強、又は、他の理由により再加工を受ける。例示の目的で、図４は、炭素繊維積層体４０４の裏面４１０へのアクセスを防止する表面すなわち層４０８をさらに示しており、裏面４１０と層４０８とは隙間４１２で分離されている。炭素繊維アセンブリ４００の外板４０２側からの真空を適切に生成するために、典型的には、裏面４１０へのアクセスが必要である。層４０８は、複数のレイヤを含んでもよく、炭素繊維アセンブリ４００の一部、又は、他の表面であってもよい。
【００３３】
図５は、図４に示す構造体において、炭素繊維アセンブリ４００の外板４０２及び炭素繊維積層体４０４を通る穴５００を形成した状態を示す図である。図示のように、穴５００のうち外板４０２を通る部分の直径Ｄ２は、ホールプラグ１００のフランジ１０８（図２）の表面１０２の直径Ｄ１よりも大きい。さらに、Ｄ２は、穴５００のうち炭素繊維積層体４０４を通る部分の直径Ｄ３よりも大きい。さらに、穴５００の周りの炭素繊維積層体４０４は、穴５００の皿穴を形成する傾斜面５０２（すなわち、勾配（cant）５０２）を含み、勾配５０２は、ホールプラグ１００のベベル１１２に近似又は一致している。穴５００は、例えば、当該技術分野で知られるドリルビット（drill bit）や皿穴ツールを使用して形成することができる（簡素化のため個々には示していない）。
【００３４】
図４に示す構造体、特に、炭素繊維アセンブリ４００、及び、これを通る穴５００の測定値を使用して、再加工に使用されるホールプラグ１００の形状を決定することができる。一実施形態においては、穴５００を形成した後に、３Ｄプリンティングによりホールプラグ１００を形成することができる。他の実施形態においては、穴５００を形成する前にホールプラグ１００を形成してもよく、穴５００は、ホールプラグ１００に一致する形状を有するように形成される。上記形状を有する穴５００及びホールプラグ１００を形成した後、ホールプラグ１００の溝１１８に接着材料６００を塗布してもよい。次に、ホールプラグを、図７に示すように穴５００に完全に挿入してもよいし、図６に示すように穴５００に部分的に挿入してもよい。図６に示す位置においては、隆起部１２２の下側におけるシャンク１１４の長状部分により、炭素繊維積層体４０４における穴内のホールプラグ１００が安定する。図６に示す位置において、ホールプラグ１００の周囲、例えば、ノッチ１１６の周囲、及び／又は、内部に追加の接着剤６００を塗布してもよい。その後、図７に示すように、ホールプラグ１００を穴５００に完全に挿入する。余分な接着剤を除去すると、図７と同様の構造体が得られる。
【００３５】
図７に示すように、ホールプラグ１００は、隆起部１２２の頂部（すなわち、図１に示す表面１０２と中点Ｗとの間の上縁）が、裏面４１０の高さ又はその近傍にあるように設計される。したがって、隆起部１２２は、重力又は一定量の真空力が加わっても、接着剤６００の硬化前に、ホールプラグ１００が穴５００から落下したり飛び出したりするのを防止することができる。一態様においては、隆起部１２２は、硬化若しくは未硬化の接着剤、又は、他の別個の機械的取付部がない状態などにおいて、ホールプラグ１００を複合材積層体４０４に緩く固定、又は、「ロック」する。このため、当該ホールプラグを、「ロック」ホールプラグとも呼ぶことができる。さらに、ホールプラグ１００の上面１０２は、外板４０２の露出した上面７００の下側の高さにあるため、再加工の作業が完了した後、再加工領域４０６が露出した上面７００と連続且つ面一になる。隆起部１２２の底部と面取り部１２０との間のシャンク１１４の長状部分により、ホールプラグ１００が炭素繊維積層体４０４における穴を通ったときに、十分な量の接着剤が溝１１８に保持されて裏面４１０へと運ばれ、ホールプラグ１００を炭素繊維積層体４０４に適切に接合することができる。図７に示す構造体を形成した後、接着剤６００を硬化させることにより、ホールプラグ１００を炭素繊維積層体４０４の炭素繊維層４０４Ａ〜４０４Ｄに接合する。
【００３６】
その後、追加の処理を行って、ホールプラグ１００を含む領域４０６の再加工を行うことができる。図８に示すように、再加工は、１つ以上の修理層８００を領域４０６に付着させることを含みうる。領域４０６に対して、真空バッグ８０４と、真空ノズル８０６と、真空８１０に接続する真空ライン８０８とを含みうる真空アセンブリ８０２を付着させる。真空アセンブリ８０２は、１つ以上の修理層８００をデバルク（debulk）するため、及び、１つ以上の修理層８００を硬化させるときに余分な樹脂を除去するために使用することができる。１つ以上の修理層８００を硬化させた後、外板４０２の露出した上面７００から真空アセンブリ８０２を取り外し、修理層８００及び外板４０２に対して追加の処理を行うことにより、図９に示す構造体を完成させる。したがって、ホールプラグ１００は、炭素繊維アセンブリ４００の一部のままである。
【００３７】
図４〜９に示す構造体に関して、再加工又は修理を受ける領域４０６は、図９に示す構造体を完成させるために固体表面であってもよい。他の実施形態においては、図４に示す領域４０６は、締結穴の周囲の損傷領域を含みうる。この実施形態においては、締結穴は、ホールプラグ１００を使用して一時的に充填されるとともに封止され、図４〜８を参照して上で説明したように修理が行われて、図９に示す構造体が完成する。その後、図９に示す構造体に対して、ホールプラグ１００の抜き取り（drilling out）や取外しなどのさらなる処理を行って、図１０に示す締結穴１０００を得る。一実施形態においては、炭素繊維積層体４０４を保護するため、又は、締結穴１０００にファスナを挿入する準備をするために（簡易化のために個々には示していない）、締結穴１０００をライナ１００２で内張り（lining）してもよい。
【００３８】
なお、図面は、簡略化され、且つ、本開示の理解を容易にするために描かれており、縮尺通りではない。
【００３９】
図１１は、貫通する第１穴１１０２を有する複合材積層体１１００、及び、当該第１穴１１０２の内部に配置されたホールプラグ１１０４を示す機能ブロック図である。複合材積層体１１００は、例えば、１つ以上の炭素繊維層などの、１つ以上の層を含みうる。図１１に示す構造体は、外板１１０６をさらに含み、当該外板は、複合材積層体１１００を上から覆う固体シェルであってもよい。外板１１０６は、貫通する第２穴１１０８を有しうる。第２穴１１０８にホールプラグ１１０４を挿入して、第１穴１１０２の内部にホールプラグ１１０４を配置することができる。第１穴１１０２の第１幅すなわち第１直径Ｄ５は、第２穴１１０８の第２幅すなわち第２直径Ｄ６よりも小さい。図１１に示すホールプラグ１１０４は、フランジ１１１０と、当該フランジ１１１０から延びるベベル１１１２と、当該ベベル１１１２から延びるシャンク１１１４とを含む。シャンク１１１４は、当該シャンク１１１４の外周に沿って部分的に、或いは完全に延びるノッチ１１１６を含みうる。シャンク１１１４は、当該シャンク１１１４の高さに沿って長手方向に延びる複数の溝１１１８をさらに含む。シャンク１１１４からは、複数の隆起部１１２０、及び、面取り部１１２２が延びている。
【００４０】
図１２は、本開示の実施形態による、繊維樹脂アセンブリ４００（例えば、炭素繊維アセンブリ４００）などのワークピースを再加工するための方法１２００を示すフローチャートである。方法１２００は、上記図面に示される構造体のうちの１つ又は複数の動作及び用途により実行可能であるため、図１〜９を参照して説明する。しかしながら、方法１２００は、特に明示しない限り、特定の構造体又は用途に限定されない。また、方法１２００は、一連の行為又は事象として説明されているが、本開示は、このような行為又は事象の順序によって限定されない。いくつかの行為は、異なる順序で起こる場合、及び／又は、本明細書に記載されたものとは異なる他の行為又は事象と同時に起こる場合がある。さらに、本開示による方法は、簡略化のために図示していない他の行為又は事象を含むことができ、一方で、他の図示されている行為又は事象は、排除又は変更が可能である。
【００４１】
一実施形態においては、１２０２において、ワークピース４００の再加工領域を処理して、当該ワークピースに穴５００を形成する。穴５００は、ワークピース４００の第１領域（例えば、外板４０２）を通る第１直径Ｄ２を有しうる。当該直径は、ワークピースの第２領域４０４（例えば、炭素繊維積層体４０４）を通る第２直径Ｄ３よりも大きい。ワークピースの第２領域４０４は、勾配５０２を画定するように形成することができる。１２０４において、ホールプラグ１００は、例えば、３Ｄプリンティング、成形処理、又は、他の適切な処理を用いて形成することができる。ホールプラグ１００は、穴５００を形成した後、当該穴５００の測定値に基づいて形成してもよいし、これに代えて、穴５００を、既存のホールプラグ１００の寸法と一致するように形成してもよい。ホールプラグ１００は、第１直径Ｄ２よりも小さい第３直径Ｄ１を有するフランジ１０８を含みうる。
【００４２】
その後、１２０６において、ホールプラグ１００の溝１１８に接着剤６００を塗布し、１２０８において、ホールプラグ１００を部分的に穴５００に挿入する。例示的な実施形態においては、ホールプラグ１００を部分的に挿入して、ホールプラグ１００のシャンク１１４の周囲における隆起部１２２の下縁が、勾配５０２などの第２領域に配置されるようにする。１２１０において、ホールプラグ１００が部分的に穴に挿入された状態で、追加の接着剤６００をホールプラグ１００に、具体的には例えばノッチ１１６に塗布する。したがって、ノッチ１１６及び溝１１８は、穴５００に挿入されると、接着剤６００の担体として機能し、これによって、十分な量の接着剤６００を、シャンク１１４及びワークピースの他の部分に拡散又は分散して、ホールプラグ１００をワークピース４００に確実に接合する。次に、１２１２において、ホールプラグ１００を穴５００に完全に挿入する。完全に挿入されると、ホールプラグ１００の上面１０２は、外板４０２の露出した上面７００内に埋まる。次に、１２１４において、ホールプラグ１００と１つ以上の修理層８００とを含むワークピース４００の領域４０６に、真空バッグ８０４を取り付ける。その後、１２１６において、ワークピース４００、１つ以上の修理層８００、及び、ロックホールプラグ１００に真空力を加える。真空力を加えることにより、１２１８に示すように、ワークピース４００及びロックホールプラグ１００を覆う１つ以上の修理層８００をデバルクすることができる。１２２０において、周囲温度での時間硬化を受動的に利用するか、或いは、接着剤６００を加熱する、当該接着剤を紫外線などに曝露するなどの能動的な処理を行うことにより、接着剤６００を硬化させる。その後、１２２２において、領域４０６に対して追加の処理を任意で行って、再加工の作業を完了する。再加工は、追加の層及び接着剤を塗布すること、追加の層８００をサンディング及び／又は硬化させること、真空アセンブリ８０２を用いて追加の層８００に真空を加えること、及び、ワークピース４００の塗装又は仕上げを行うこと、のうちの１つ又は複数を含みうる。任意ではあるが、再加工は、ホールプラグ１００の抜き取りや取り外しを行って締結穴１０００を形成すること、ライナ１００２を用いて締結穴１０００の内張りを行うこと、及び／又は、他の処理行為をさらに含みうる。
【００４３】
したがって、本開示の例示的な実施形態によるホールプラグにより、ワークピースを再加工するための構造及び技術が提供される。ホールプラグは、ワークピースに形成された穴の内部に固定されており、これによって、ワークピースの処理を実行することができる。ワークピースの処理は、修理層の硬化や他の処理中に、再加工領域に対して真空力を加えることを含みうる。
【００４４】
本開示の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータは概算であるが、具体例における数値は可能な限り正確に記載している。しかしながら、いずれの数値も、これらの試験測定値にみられる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。さらに、本明細書に開示される全ての範囲は、これらに包含される全ての部分範囲を含むと理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値０と最大値１０との間（及び、これらを含む）の全ての部分範囲、すなわち、１〜５の範囲など、０以上の最小値及び１０以下の最大値を含む全ての部分範囲を含みうる。場合によっては、パラメータとして記載した数値は負の値をとることもある。その場合、「１０未満」と記載した範囲の例示的な値として、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０などの負の値を想定することができる。
【００４５】
さらに、本開示は、以下の付記による実施例を含む。
【００４６】
付記１．フランジと、ベベルと、シャンクと、複数の隆起部と、を含むホールプラグであって、前記フランジは、第１直径を有するとともに、前記ホールプラグの第１端に設けられており、前記ベベルは、前記フランジから延びるとともに、前記フランジと角度をなして交わっており、前記シャンクは、前記ベベルから延びるとともに、前記フランジから離れて、前記ホールプラグにおいて前記第１端とは反対側の第２端へと延びており、前記シャンクは、前記第１直径よりも小さい第２直径と、前記シャンクに形成されるとともに前記シャンクの外面の周りに配向された複数の縦溝と、を含み、前記複数の隆起部は、前記シャンクの前記外面に設けられるとともに、前記シャンクの外面から延びており、且つ、前記複数の縦溝の間に配置されている、ホールプラグ。
【００４７】
付記２．前記複数の隆起部の各々は、半径を含み、前記ホールプラグの縦軸に平行な各半径の接線は、前記第１直径の範囲内で前記フランジと交差している、付記１に記載のホールプラグ。
【００４８】
付記３．前記シャンクにより画定される周回ノッチをさらに含み、前記周回ノッチは、前記複数の縦溝と前記フランジとの間に配置されている、付記１に記載のホールプラグ。
【００４９】
付記４．前記複数の隆起部の各々は、前記ホールプラグの縦軸に平行な第１高さを有しており、前記複数の縦溝の各々は、前記ホールプラグの前記縦軸に平行であって、且つ、前記第１高さよりも高い第２高さを有しており、前記複数の縦溝は、前記複数の隆起部よりも、前記ホールプラグの前記第１端及び前記第２端の近くに配置されている、付記１に記載のホールプラグ。
【００５０】
付記５．前記ホールプラグの前記第２端は、面取り面を含む、付記４に記載のホールプラグ。
【００５１】
付記６．前記複数の縦溝は、前記面取り面内に延在している、付記５に記載のホールプラグ。
【００５２】
付記７．各隆起部が半径を規定することにより、前記複数の隆起部が複数の半径を規定しており、各半径は、前記ホールプラグの縦軸に平行な接線を含み、各半径の各接線は、前記第１直径の範囲内で前記フランジと交わっている、付記１に記載のホールプラグ。
【００５３】
付記８．前記ホールプラグは、第１隆起部、前記シャンク、及び、前記第１隆起部の反対側の第２隆起部を通る第３直径を有し、前記第３直径は、前記第１直径よりも小さく、且つ、前記第２直径よりも大きい、付記７に記載のホールプラグ。
【００５４】
付記９．前記ホールプラグは、単一の材料から形成される、付記１に記載のホールプラグ。
【００５５】
付記１０．表面粗さを有しており、前記表面粗さの平均粗さ中心線「Ｒａ」は、２５０ミクロン（μｍ）〜４００μｍである、付記９に記載のホールプラグ。
【００５６】
付記１１．前記単一の材料は、マルエージング鋼である、付記１０に記載のホールプラグ。
【００５７】
付記１２．複合積層材と、前記複合積層材を覆う外板と、ホールプラグと、を含み、前記複合積層材及び前記外板は、これらを貫通する穴を有しており、前記外板を貫通する前記穴の第１直径は、前記複合積層材を貫通する前記穴の第２直径よりも大きく、前記ホールプラグは前記穴内に配置されており、前記ホールプラグは、フランジと、ベベルと、シャンクと、複数の隆起部と、を含み、前記フランジは、第３直径を有するとともに、前記ホールプラグの第１端に設けられており、前記ベベルは、前記フランジから延びるとともに、前記フランジと角度をなして交わっており、前記シャンクは、前記ベベルから延びるとともに、前記フランジから離れて、前記ホールプラグにおいて前記第１端とは反対側の第２端へと延びており、前記シャンクは、前記第３直径よりも小さい第４直径と、前記シャンクに形成されるとともに前記シャンクの外面の周りに配向された複数の縦溝と、を含み、前記複数の隆起部は、前記シャンクの前記外面に設けられるとともに、前記シャンクの外面から延びており、且つ、前記複数の縦溝の間に配置されており、前記複合積層材は、前記フランジと前記複数の隆起部との間で前記ホールプラグに物理的に接触している、複合繊維アセンブリ。
【００５８】
付記１３．前記複数の隆起部の各々は、半径を含み、前記ホールプラグの縦軸に平行な各半径の接線は、前記第３直径の範囲内で前記フランジと交わっている、付記１２に記載の複合繊維アセンブリ。
【００５９】
付記１４．前記ホールプラグは、前記シャンクにより画定される周回ノッチをさらに含み、前記周回ノッチは、前記複数の縦溝と前記フランジとの間に配置されている、付記１２に記載の複合繊維アセンブリ。
【００６０】
付記１５．前記複数の隆起部の各々は、前記ホールプラグの縦軸に平行な第１高さを有しており、前記複数の縦溝の各々は、前記ホールプラグの前記縦軸に平行であって、且つ、前記第１高さよりも高い第２高さを有しており、前記複数の縦溝は、前記複数の隆起部よりも、前記ホールプラグの前記第１端及び前記第２端の近くに配置されている、付記１２に記載の複合繊維アセンブリ。
【００６１】
付記１６．前記ホールプラグは、前記第２端において面取り面をさらに含み、前記複数の縦溝は、前記面取り面内に延在している、付記１５に記載の複合繊維アセンブリ。
【００６２】
付記１７．複合積層材、及び、当該複合積層材を覆う外板を有する複合樹脂アセンブリの領域を再加工するための方法であって、前記複合樹脂アセンブリの前記領域に穴を形成し、前記穴は、前記外板内に第１直径を有し、且つ、前記複合積層材内に第２直径を有し、前記第１直径は、前記第２直径よりも大きく、ホールプラグのシャンクに形成された複数の溝に接着剤を塗布し、前記ホールプラグを前記ホールに完全に挿入して前記外板に埋め込み、前記接着剤を硬化させ、前記接着剤の硬化後、前記領域の再加工を完了する、方法。
【００６３】
付記１８．前記領域の再加工の完了は、前記接着剤の硬化後に前記領域に真空バッグを取り付けることと、前記領域及び前記ホールプラグに真空力を加えることと、を含む、付記１７に記載の方法。
【００６４】
付記１９．前記領域に対して前記真空力を加えることにより、前記ホールプラグを覆う１つ以上の修理層をデバルクする、付記１８に記載の方法。
【００６５】
付記２０．前記複合積層材に勾配を形成することと、前記ホールプラグの前記シャンクから延びる隆起部が、前記勾配に保持された状態で、前記穴に前記ホールプラグを部分的に挿入することと、前記ホールプラグの前記シャンクを囲むノッチに前記接着剤を塗布することと、をさらに含む、付記１７に記載の方法。
【００６６】
本開示は１つ以上の実施形態を用いて説明されているが、添付の請求の範囲の思想及び範囲から逸脱することなく、説明された例に対して変更及び／又は修正を加えることができる。例えば、処理は、一連の行為又は事象として説明されているが、本開示は、そのような行為又は事象の順序によって限定されない。いくつかの行為は、異なる順序で起こる場合、及び／又は、本明細書に記載されたものとは異なる他の行為又は事象と同時に起こる場合がある。また、本開示の１つ以上の態様や実施形態に従って方法を実施するのに、全ての処理工程が必要でない場合もある。なお、構成要素及び／又は処理工程を追加したり、既存の構成要素及び／又は処理工程を排除又は変更したりしてもよい。さらに、本明細書で説明する行為のうちの１つ又は複数は、１つ以上の別個の行為及び／又は段階で実行することができる。さらに、詳細な説明及び請求の範囲において、「含み」、「含む」、「有し」、「有する」、「備える」等、種々の表現が用いられているが、これらは、他の要素が排除されず、包括的に具備されることを意図したものである。「少なくとも１つ」なる表現は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択されうることを意味する。本明細書において、「のうちの１つ又は複数」なる表現が、例えばＡ及びＢからなる項目のリストについて用いられる場合、当該表現は、Ａのみ、Ｂのみ、或いは、Ａ及びＢであることを意味する。さらに、本明細書の記載及び請求の範囲において、一方が他方の上にある２つの材料について「上に」なる表現が用いられている場合、当該表現は、材料間の少なくとも一部の接触を意味しており、「上方に」なる表現が用いられている場合、当該表現は、これらの材料が互いに近接して配置されてはいるが、必ずしも接触するとは限らず、間に介在する１つ以上の追加の材料が配置されている可能性があることを意味する。本明細書においては、「上」及び「上方」の何れも方向性を示すものではない。「コンフォーマル（conformal）」なる用語は、下方に設けられた材料の角度を維持することができるコーティング材料を表す。「約」なる用語は、列挙された値が、説明した実施形態の処理や構造体に適合する範囲で変更可能であることを示している。最後に、「例示的な」とは、その説明が理想的であることを意味するのではなく、単なる一例として用いられていることを示している。本明細書及び本開示の実施に鑑みれば、本開示の他の実施形態も当業者には明らかであろう。本明細書及び実施例の記載は、あくまでも例示であり、本開示の真の範囲及び思想は、添付の請求の範囲に示される。
【００６７】
本願で用いられる相対位置の用語は、ワークピースの配向に関わらず、ワークピースの標準面（conventional plane）又は作業面に平行な平面に基づいて規定される。本願で用いられる「水平」又は「横方向」なる用語は、ワークピースの配向に関わらず、ワークピースの標準面又は作業面に平行な平面として規定される。「垂直」なる用語は、水平方向に対して直交する方向を指す。「上」、「側（例えば、「側壁」）、「高」、「低」、「上方」、「頂」、及び、「下側」などの用語は、ワークピースの配向に関わらず、ワークピースの標準面又は作業面をワークピースの頂面として、当該頂面に対して規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
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