(57)【要約】      （修正有）【課題】CFRPの外部から損傷部分に修復剤を注入して修復する方法により損傷部分を修復する方法に係り、的確にかつ効率的に修復することができるCFRP構造体及びCFRP構造体の修復装置の提供。【解決手段】カーボンシートを内蔵する基板１２と、基板１２の一端側から他端側へ連通し、かつ基板１２内に埋没された部位を備える光ファイバ１４とを備え、基板１２には、基板１２の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴１５が設けられている。光ファイバ１４の一端側には参照光の光源が接続され、他端側にはセンサが接続される。光ファイバは基板の損傷個所に充填された修復剤を光硬化させる導光用としても作用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンシートを内蔵する基板と、
基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、
前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられていることを特徴とするCFRP構造体。
【請求項２】
前記注入穴は、前記基板の厚さ方向の一方の面で開口し、他方の面では閉止することを特徴とする請求項１記載のCFRP構造体。
【請求項３】
前記光ファイバは、前記基板の基板面に平行に配置され、前記基板の一端側から他端側へ全長にわたって埋没された部位を備えることを特徴とする請求項１または２記載のCFRP構造体。
【請求項４】
前記光ファイバは、前記基板面と交差する向きとして埋没された部位を備えることを特徴とする請求項１または２記載のCFRP構造材。
【請求項５】
カーボンシートを内蔵する基板と、基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられているCFRP構造体を使用し、該CFRP構造体に生じた損傷個所を修復する修復装置であって、
前記損傷個所を検知する検知機構として、
前記光ファイバの一端側に接続する光源と、前記光ファイバの他端側に接続するセンサと、前記光源から前記光ファイバに参照光を投入し、前記センサによって受信される光信号から基板に生じた損傷個所を特定するコントロール部とを備えることを特徴とするCFRP構造体の修復装置。
【請求項６】
前記損傷個所を修復する修復機構として、
前記光ファイバに接続する光源と、前記注入穴から前記基板の損傷個所に修復剤を注入する注入機構と、前記損傷個所に注入された前記修復剤に前記光ファイバを介して光を放射することにより前記修復剤を光硬化させるコントロール部とを備えることを特徴とする請求項５記載のCFRP構造体の修復装置。
【請求項７】
前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記検知機構は、前記ユニットごとに監視するコントロール部を備えることを特徴とする請求項５記載のCFRP構造体の修復装置。
【請求項８】
前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記修復機構は、前記ユニットごとに修復するコントロール部を備えることを特徴とする請求項６記載のCFRP構造体の修復装置。
【請求項９】
前記修復剤として紫外線硬化樹脂を使用し、前記光ファイバに接続する光源として紫外線光源を使用することを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項記載のCFRP構造体の修復装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic）の自己修復に好適に用いることができるCFRP構造体及びこのCFRP構造体の修復装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料の一種である炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastic：CFRP)は、プラスチックの軽量性とCFの高強度・高弾性を併せ持ち、比強度・比剛性に優れることから、航空宇宙産業や自動車産業等に広く使用されている。CFRPは多くの場合、積層板として成形され使用される。CFRP積層板は、層内における強度は高いが、層間強度はやや弱く、経年劣化や外部からの衝撃を受けた場合に層間剥離やき裂が発生することがある。剥離やき裂が進展していくと、CFRP全体で荷重を負荷することができず、健全材に比べて低い荷重で破壊に至る。CFRP構造部の運用中に剥離やき裂が発生することは非常に危険であるため、剥離やき裂を自動的に修復できる自己修復機能を備えるCFRP構造体が求められている。
【０００３】
CFRPの自己修復方法としては、マイクロカプセルを用いる方法（非特許文献１、２）や、中空ガラス繊維を用いる方法（非特許文献３）がある。これらは、損傷の発生に伴いCFRP内に埋め込んだマイクロカプセルあるいは中空ガラス繊維から修復剤が流れ出して、損傷を修復する方法である。マイクロカプセルあるいは中空ガラス繊維を使用する方法は、修復剤をあらかじめ材料内部に埋め込んでおくものであり、これらの方法では損傷を修復する修復剤の量が不足するという問題がある。この問題を解消する方法として、CFRPの外部から修復剤を損傷部分に注入して修復する方法が提案されている（非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５１８０５６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M. R. Kessler, S. R. White，Self-activatedhealing of delamination damage in woven composites，compositesPart A 32 683-699，(2001)．
【非特許文献２】大月浩嗣，剱持潔，鮑力民，後藤卒土民機械材料・材料加工技術講演会講演論文集 2007(15)，351-352， 2007-11-16．
【非特許文献３】G. Williams, R. Trask, I. Bond，Aself-healing carbon fibre reinforced polymer for aerospace applications，composites Part A 38 1525-1532，(2007)．
【非特許文献４】荒尾慶宣，鮑力民，剱持潔，北陸信越学生会第40回学生員卒業研究発表講演会 701，(2011)．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
CFRPの外部から修復剤を損傷部分に注入して修復する方法は、修復剤を損傷部分に連続的に注入することができ、マイクロカプセル法等による場合の修復剤の不足を克服することが可能である、しかしながら、この方法では、CFRPの外部から修復剤を注入した後、修復剤を硬化させるために長時間のアフターキュアが必要であったり、２液混合型の修復剤を使用するような場合は、樹脂と硬化剤とを混合した時点から修復剤が硬化しはじめるため取り扱い性が悪いという問題があった。
本発明は、CFRPの外部から損傷部分に修復剤を注入して修復する方法によりCFRPの損傷部分を修復する方法に係るものであり、従来方法と比較して、より的確にかつ効率的に修復することができるCFRP構造体及びこのCFRP構造体の修復装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るCFRP構造体は、カーボンシートを内蔵する基板と、基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられていることを特徴とする。カーボンシートを内蔵する基板のカーボンシートの積層数は限定されるものではない。また基板の厚さ、大きさ、形状も限定されない。
【０００８】
CFRP構造体に設ける修復剤の注入穴は、基板を厚さ方向に貫通する貫通孔とすることも可能であるが、基板の損傷個所に的確に修復剤を充填させるためには、基板の厚さ方向の一方の面で開口し、他方の面では閉止する形態とすることがよい。
また、光ファイバは、基板の基板面に平行に配置され、基板の一端側から他端側へ全長にわたって埋没された部位を備えるように配置する方法は、基板内に容易に光ファイバを埋設することができ、基板に生じた損傷個所を容易に検出できるという利点がある。
また、光ファイバは、基板面と交差する向きとして埋没された部位を備える構成とすることができる。この構成は、カーボンシートを多数枚積層したCFRP基板の場合に、基板の内層における損傷個所を特定しやすくなり、基板の内層における修復が容易に可能になるという利点がある。
【０００９】
また、本発明に係る修復装置は、カーボンシートを内蔵する基板と、基板の一端側から他端側へ連通し、かつ前記基板内に埋没された部位を備える光ファイバとを備え、前記基板には、基板の厚さ方向の少なくとも一方の面で開口する、修復剤の注入穴が設けられているCFRP構造体を使用し、該CFRP構造体に生じた損傷個所を修復する修復装置であって、前記損傷個所を検知する検知機構として、前記光ファイバの一端側に接続する光源と、前記光ファイバの他端側に接続するセンサと、前記光源から前記光ファイバに参照光を投入し、前記センサによって受信される光信号から基板に生じた損傷個所を特定するコントロール部とを備えることを特徴とする。
また、前記CFRP構造体の修復装置として、前記損傷個所を修復する修復機構として、前記光ファイバに接続する光源と、前記注入穴から前記基板の損傷個所に修復剤を注入する注入機構と、前記損傷個所に注入された前記修復剤に前記光ファイバを介して光を放射することにより前記修復剤を光硬化させるコントロール部とを備えるものが好適に使用できる。
【００１０】
また、前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記検知機構は、前記ユニットごとに監視するコントロール部を備えることにより、CFRP構造体に生じた損傷個所を的確にかつ効率的に検知することができる。
また、前記CFRP構造体は、修復操作時における修復範囲をユニットごとにあらかじめ区画して設定され、前記修復機構は、前記ユニットごとに修復するコントロール部を備えることにより、CFRP構造体を的確にかつ効率的に修復することができる。
前記修復剤には光硬化樹脂を使用する。光硬化樹脂には紫外線硬化樹脂に限らず、種々の光によって硬化する光硬化樹脂を使用することができる。紫外線硬化樹脂は硬度が高く、修復剤として紫外線硬化樹脂を使用し、前記光ファイバに接続する光源として紫外線光源を使用することによって、確実かつ効率的にCFRP構造体を修復することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るCFRP構造体及びCFRP構造体の修復装置によれば、CFRP構造体に生じた損傷部分を的確に検知して、損傷部分を確実にかつ効率的に修復することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るCFRP構造体の構成例を示す断面図である。
【図２】CFRP構造体を用いた自己修復方法を示す説明図である。
【図３】CFRP構造体の他の例を示す説明図である。
【図４】CFRP構造体を修復する方法をシステム化した例を示す説明図である。
【図５】試験片を作製する方法を示す説明図である。
【図６】試験用のブロックを付けた試験片の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図７】CFRP構造体の試験片の修復方法を示す説明図である。
【図８】DCB試験の模式図である。
【図９】エポキシ樹脂と紫外線硬化樹脂を用いた試験片についてのLoad−COD線図である。
【図１０】修復前と修復後の試験片についてのLoad−COD線図である。
【図１１】試験片の修復部分の状態を示す説明図である。
【図１２】修復後の試験片の修復部分の写真である。
【図１３】修復後の試験片の修復部分の写真である。
【図１４】修復後の試験片の修復部分の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（CFRP構造材の構成）
図１は、本発明に係るCFRP自己修復方法に用いるCFRP構造体の構成例を示す。図１に示すCFRP構造体１０は、炭素繊維プラスチック（CFRP）からなる基板１２と、基板１２の内層に基板面と平行に、基板１２の長手方向の全長にわたって連続して埋設された光ファイバ１４とを備える。
【００１４】
CFRP構造体１０に埋設する光ファイバ１４は、CFRPの損傷部分を光学的に検知する検知機構の構成要素でもあり、損傷部分を修復する修復機構の構成要素でもある。したがって、光ファイバ１４は基板１２に損傷部分が発生した場合に、その損傷部分を確実に検知できる配置間隔に配置する。
図1は、基板１２を断面方向から見た状態であるが、基板１２を平面方向から見た状態では、光ファイバ１４は基板１２の全面にわたり、所定間隔をあけて並列に複数本配置する。CFRPは炭素繊維クロスなどのカーボンシートを複数枚積層した積層構造として形成する場合が多いから、異なる積層位置における損傷個所を検知する必要がある場合には基板１２の積層方向にも複数本の光ファイバを配置すればよい。
【００１５】
基板１２には修復剤の注入穴１５を基板１２の厚さ方向に設ける。この注入穴１５は修復作業時に修復剤を損傷個所に供給するためのものである。注入穴１５は一方側を開口させ、他方側を閉止させた有底の穴形状とする。注入穴１５の底部分（閉止部分）の厚さをカーボンシート1枚の厚さ（0.1mm）程度とすれば、基板１２の損傷部分に修復剤を供給する作用が損なわれることはない。
注入穴１５は、基板１２の平面内で所定間隔に配置する。この注入穴１５の配置間隔も基板１２に発生する損傷を想定し、基板１２に損傷が発生した際に、損傷部分もしくはその近傍に注入穴１５が位置するように、言い換えれば、損傷部分に必ず修復剤を供給できるように設定する。たとえば、基板１２の平面内で格子点配列のように注入穴１５を配置し、その注入穴１５の配置間隔を適宜設定する。
【００１６】
注入穴１５を基板１２の厚さ方向に設ける際に、CFRP構造体１０の強度が損なわれないようにする必要がある。このためには、CFRP構造体１０の強度を損なわないように、注入穴１５の孔径や注入穴１５の配置位置を適宜選択する。カーボンシートを積層して樹脂モールドするモールド型に、注入穴形成用のピン（先細形状としたピン）をあらかじめ配置しておき、モールド時にピンがカーボンシートと交差するようにしておくと、カーボンシートの炭素繊維を切断しないようにピンが挿通され、カーボンシートの強度を損なわずにCFRP構造体１０を作製することができる。
【００１７】
図１に示すCFRP構造体１０では、基板面に平行に光ファイバ１４を埋設している。光ファイバを基板１２に配置する方法としては、図３に示すように、基板１３の内層のカーボンシート層と交差するように光ファイバ１６を配置することも可能である。
図３に示すCFRP構造材１１では、基板１３の内部ではカーボンシート層に直交する向きに交差し、基板１３の表面では基板面に沿って光ファイバ１６が配置され、光ファイバ１６は全体として屈曲する形態となっている。光ファイバ１６は全体として屈曲形状とはなっているが、全体としては一連の光ファイバである。
図３では、注入穴を図示していないが、このCFRP構造体１１においても、基板１３の厚さ方向に、所定の平面配置間隔に修復剤の注入穴を設ける。
【００１８】
（CFRP構造体を用いる修復方法）
図２（ａ）〜（ｄ）は、図１に示したCFRP構造体１０を用いてCFRP構造体１０を修復する方法を示している。
CFRP構造体１０に発生した損傷を光ファイバ１４を利用して検知するため、光ファイバ１４の一端に光ファイバ１４に光を投入する光源２０を接続し、他端に光ファイバ１４を通過した光を検知するセンサ２２を接続する。光ファイバ１４に光源２０とセンサ２２とを接続するため、光ファイバ１４は両端を基板１２の周囲から若干、延出させてある。
CFRP構造体１０に損傷が発生したか否かは、光源２０から光ファイバ１４に赤外線等の参照光を通し、センサ２２によって参照光が感知できるか否かにより検知する。光ファイバ１４と光源２０、及び光源２０とセンサ２２とを制御し、光信号から基板１２の損傷個所を特定するコントロール部が検知機構を構成する。光源２０をコントロール部を兼ねる光源システム部としてもよい。
【００１９】
図２（ｂ）は、CFRP構造体１０が何らかの原因によって損傷が生じた場合で、これを検知している状態を示す。CFRP構造体１０に亀裂あるいは層間剥離といった損傷が生じると、これに伴って損傷部分で光ファイバ１４が破断する。光ファイバ１４による光導通状態の変化はセンサ２２によって検知され、コントロール部により基板１２のどの位置で損傷が生じたかを検知することができる。図２（ｂ）は、基板１２のA部分にクラックが発生した状態を示す。
基板１２の厚さ方向と平面内に所定間隔で光ファイバ１４を配置することにより、損傷部分の深さ方向の位置（Z位置）と平面内の位置（X-Y位置）を知ることができる。
【００２０】
図２（ｃ）は、CFRP構造体１０の損傷部位にポンプ２４から修復剤３０を注入して、損傷部分（A部分）を修復している状態を示す。基板１２に発生した損傷部分を修復する方法として、本実施形態では、CFRP構造体１０の基板１２に設けた注入穴１５の開口側から、修復剤３０として光硬化性樹脂（紫外線硬化樹脂）を注入し、光源２０から光ファイバ１４内に紫外線を通して光硬化性樹脂を光硬化させる方法を利用する。
【００２１】
光ファイバ１４と、光源２０、センサ２２による光センシングによって基板１２内における損傷個所の位置が特定できるから、まず、損傷個所以外に修復剤３０が漏出しないように、基板１２の損傷個所に合わせて基板１２の注入穴１５が開口している側の表面に、周囲をシールして遮蔽フィルムを基板１２に配置し、遮蔽フィルムの内空間とポンプ２４とをチューブ２５等により連通させる。次いで、ポンプ２４からチューブ２５を介して遮蔽フィルム内に光硬化性樹脂を注入し、注入穴１５に光硬化性樹脂を注入する。
【００２２】
光硬化性樹脂は注入穴１５から基板１２内に注入され、基板１２の損傷部分に入り込んでいく。光硬化性樹脂は紫外線を照射しない状態では流動性は良好であるから、微細な損傷部分にも浸透する。
修復剤３０（光硬化性樹脂）を損傷部分に充填させた後、光ファイバ１４を介して光源２０から紫外線を投入する。光センシングでは光源２０から赤外線を投入したが、修復操作では赤外線を紫外線に切りかえて投入する。光ファイバ１４に投入された紫外線は光ファイバ１４が破断された端面から放射される。光ファイバ１４は基板１２の損傷部分で破断されているから、この損傷部分に選択的に紫外線が放射され、損傷部分の光硬化性樹脂が集中的に光硬化される。
【００２３】
図２（ｄ）は、基板１２の損傷部分に充填された修復剤３０である光硬化性樹脂が硬化して、損傷を修復した状態を示す。本実施形態では、光ファイバ１４と、ポンプ２４、チューブ２５等の修復剤３０の注入機構と、紫外線の光源２０が基板１２の損傷部分の修復機構に相当する。コントロール部により、これらの注入機構、光源２０等を制御して修復操作を制御することができる。
紫外線を利用して光硬化させる方法は、アフターヒーティングによる樹脂硬化方法と比較して、はるかに短時間で樹脂を硬化させることができ、損傷部分を確実に修復できるという利点がある。
【００２４】
図２（ａ）〜（ｄ）では、１本の光ファイバ１４に光源２０とセンサ２２を接続し、１本の光ファイバ１４から紫外線を照射しているように示しているが、CFRP構造体１０には基板１２の厚さ方向にも、基板１２の平面内においても複数の光ファイバが並置されており、光センシングの際には複数本の光ファイバ１４についてセンシングして基板１２の損傷の有無を検知し、かつ損傷が検知された際には、損傷部位に係わる複数本の光ファイバ１４から紫外線を放射して樹脂硬化させる操作を行う。
【００２５】
樹脂を硬化させる操作においては、損傷範囲が特定できるから確実性を考慮して、損傷範囲よりもやや広い範囲を修復剤３０を注入する修復範囲に設定し、修復範囲内にある注入穴１５から修復剤３０を注入する。損傷部位から外れた位置にある注入穴１５に注入された修復剤３０については光硬化の作用が及ばないことになるが、修復範囲を限定的に設定することによって、修復剤３０が無駄になることを抑えることができる。
本発明方法によれば、ポンプ２４を利用して外部から修復剤３０を供給することにより、必要個所に十分な量の修復剤３０を送り込むことができ、修復剤３０を注入する範囲（修復範囲）を限定することによって、修復剤３０の使用量を節約することができる。
【００２６】
前述した図３に示すCFRP構造体１１では、光ファイバ１６を基板１３の内層のカーボンシートと交差するように配置している。この場合も基板１３の内層で損傷が生じた場合には、その損傷個所で光ファイバ１６が破断するから、図２に示した方法と同様にして、損傷個所を検知することができる。損傷個所を修復する際には、損傷部位の近傍の注入穴から光硬化性樹脂を注入し、光ファイバ１６に紫外線を投入して光ファイバ１６の破断個所から紫外線を放出させ、損傷が生じた部位の光硬化性樹脂を光硬化させることにより修復することができる。この修復方法も、上述した図２に示す修復方法と基本的に変わるものではない。
【００２７】
図４は、CFRP構造体１０の修復操作をシステム化して行えるようにする場合の構成例である。すなわち、CFRP構造体１０を修復する操作をユニット単位で行うように、あらかじめ修復範囲を区画して設定しておき、基板に損傷が生じた際にユニット単位で修復する方法である。コントロール部はユニットごとに損傷が発生したか否かを監視し、当該ユニット領域に損傷が発生した際には、当該ユニット領域に限定して修復操作を行う。損傷が複数のユニットにまたがった範囲で発生した場合には、もちろん損傷が発生したユニットすべてについて修復操作を行う。
【００２８】
この方法によれば、コントロール部によって損傷を検知した際に、どのような範囲を修復範囲に設定して修復操作を行うかを検討する必要がなく、修復対象ユニットがすぐに特定でき、修復操作を容易に行うことができる。修復範囲が共通になっていれば、修復機構が共用できるという利点もある。
【実施例】
【００２９】
以下では、本発明に係るCFRP構造体を用いてCFRP基板を自己修復する方法について実験した結果について説明する。
（CFRP構造体の製造）
図５は、実験で使用した試験片の成形方法を示す。試験片は、カーボンシートとして炭素繊維クロス材、母材としてエポキシ樹脂を使用し、VaRTM（Vacuum asisted Resin Transfer Molding）法によって成形して作製した。炭素繊維クロス材４０の層数は12層であり、初期亀裂を形成するためにポリイミドフィルム４１(厚さ：7.5μm)を、炭素繊維クロス材４０の6層と7層の間に挟み込み、6層と7層をまたぐ配置となるように、光ファイバ４２をコの字形にして埋め込む。光ファイバ４２は、プラスチック製光ファイバである(直径0.5mm）。光ファイバ４２は試験片の平面方向から見て並列に３本配置した。
【００３０】
ラバープレート４３の上に、ネット、ピールクロス、炭素繊維クロス材４０、ポリイミドフィルム４１、光ファイバ４２、炭素繊維クロス材４０、ネット、ピールクロスをこの順に重ね、バッグフィルム４４によって全体を覆い、バッグフィルム４４の周縁部をシーラントテープによりシールする。修復剤を注入する注入穴を成形するため、ラバープレート４３に画鋲４５（針径0.8mm）を差し込む。
【００３１】
バッグフィルム４４内を真空ポンプで吸引しながら、バッグフィルム４４内にエポキシ樹脂を導入し、炭素繊維クロス内と層間に樹脂を含浸させる。樹脂を含浸させた後、24時間そのまま放置し、樹脂を硬化させた。その後、55℃、6時間、アフターキュアを行った。
樹脂成形によって得られた成形品を短冊状に切り出して試験片とした。試験片の長さ、幅、厚さはそれぞれ140ｍm、25mm、3mmである。この試験片にDCB試験用のブロックを接着して実験に使用した。
図６（ａ）は試験用のブロック４７を付けた試験片の平面図、図６（ｂ）は側面図である。試験片には３本の光ファイバ４２が埋設され、修復剤（紫外線硬化樹脂）を注入する注入穴４６が２つ形成されている。試験用のブロック４７は試験片のポリイミドフィルム４１を配置した側に接着されている。
【００３２】
（試験片の修復方法）
試験片の修復度合いの評価は、修復前の試験片と修復後の試験片についてDCB試験を行い、試験片の強度がどのようになるかを測定することによって行った。
修復処理では、試験片からポリイミドフィルム４１を人為的に除去して亀裂を生じさせ、同時に光ファイバ４２を破断（カット）してから修復処理を行った。ここでは、試験片の
修復方法を説明する。
【００３３】
図７に試験片を修復方法を示す。修復対象の試験片は、試験片の端面側からポリイミドフィルム４１を鋭利な刃物で切り出し、人為的にクラックＢを形成し、光ファイバ４２のポリイミドフィルム４１と交差する位置をカットしたものである。この試験片の注入穴４６に連通するように、試験片の表面にシーラントテープによりシールしてフィルム５０とチューブを取り付け、チューブに注射器５１を接続する。光ファイバ４２には、紫外線光源として紫外線LED(波長：375nm)を接続する。
注射器５１を用いて紫外線硬化樹脂５２を注入穴４６から試験片内に注入し、紫外線LEDを点灯させ、光ファイバ４２を介して光ファイバ４２の破断した部位から試験片内に充填された紫外線硬化樹脂５２に紫外線を照射する。紫外線照射時間を１時間とした。
【００３４】
（DCB試験）
修復前の試験片と修復後の試験片についてDCB試験を行う前に、試験片（CFRP）の母材のエポキシ樹脂と、修復に使用した紫外線硬化樹脂の力学的特性を調べた。修復前後の試験片の力学特性に、母材と紫外線硬化樹脂の力学特性の相異が影響する可能性があるからである。この特性の比較は、短冊状のアクリル板をエポキシ樹脂で貼り合わせた試験片と、紫外線硬化樹脂で貼り合わせた試験片についてDCB試験を行い、Load−COD線図を求める方法によって行った。
図８にDCB試験の模式図を示す。DCB試験では、ピン負荷用ブロックを介して試験片に荷重を負荷し、そのときのCODと荷重Pとの関係を、亀裂長さａと対応させながら測定して、Load−COD線図を求める。
【００３５】
図９に、エポキシ樹脂と紫外線硬化樹脂を用いた試験片についてのLoad−COD線図を示す。エポキシ樹脂を使用した試験片の最大荷重PEｐと紫外線硬化樹脂を使用した試験片の最大荷重PUVをそれぞれの樹脂の接着強度とする。
本実験で使用した紫外線硬化樹脂の接着強度は、CFRP構造体の試験片の母材であるエポキシ樹脂の接着強度の35.46%であった。
【００３６】
（修復前の試験片の強度）
前述した方法によって修復したCFRP構造体の試験片についてDCB試験を行い、Load−COD線図を求めた結果を。図１０に代表的な試験片の線図を示す（Before repair)。DCB試験は、試験片のポリイミドフィルム４１を端部側から２mmから5mm程度切り開いて初期亀裂とした。
通常のDCB試験では、破線の矢印のように亀裂の進展に伴い荷重は低下していく。光ファイバを埋め込んだ場合、荷重を負荷する方向に光ファイバが埋め込まれている。そのため、亀裂が光ファイバに近づくと、実線の矢印のように荷重が増加する結果が得られた。これは、光ファイバが荷重を負荷する作用によるものである。
本実験では、光ファイバの影響が顕著になる前の亀裂進展時の荷重を修復前の荷重Pnormalとする。図８の丸で示したところが修復前の荷重としたところである。
【００３７】
（修復後の試験片の強度）
図１０には、前述した人為的に亀裂を形成して修復した試験片についてDCB試験を行って得られたLoad−COD線図をあわせて示している（Ater Repair)。
表１は、７個のサンプルについて、修復前の荷重Pnormalと修復後の荷重Prepairの測定結果を示したものである。表１では、修復の有効性を評価するため、修復率η＝Prepair／ Pnormal（%）を算出した結果も示している。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１から、修復した試験片の修復率は平均で9.94（%）となり、光ファイバと紫外線硬化樹脂による修復方法による一定の修復効果が認められる。この修復実験において、光ファイバ４２から放射された紫外線により光硬化性樹脂が硬化した範囲は、光ファイバ４２の端面の近傍に限定されていることを考慮すると平均修復率9.94（%）はけして低い値ではないといえる。
【００４０】
（試験片の修復部分の観察）
修復後の試験片についてDCB試験を行った後、試験片の修復部分を観察し、修復部分の幅と試験片幅から紫外線硬化樹脂によって修復された範囲の割合を求めた。図１１は、修復部分のイメージ図である。試験片は３本の光ファイバが並列に配置されており、光ファイバからの放射光によって硬化した範囲の幅をB１、B２、B３（mm)とする。試験片幅をB（mm）とし、修復範囲B’（％）とする。
B’＝（B１＋B２＋B３）／B
【００４１】
図１２、１３、１４は、修復してDCB試験を行った後の試験片の修復部分の表面写真である。円で表わされている部位が破断した光ファイバの先端の部分であり、線によって囲まれた範囲が修復された部位、すなわち硬化して残っていた紫外線硬化樹脂が硬化していた範囲である。図１２、１３、１４では、X軸を試験片の幅方向、Y軸を試験片の長さ方向としている。
【００４２】
修復率は試験片の母材と修復剤（紫外線硬化樹脂）の接着強度と修復範囲に依存すると考えられる。前述した試験片の母材と紫外線硬化樹脂の接着強度、PEｐとPUVを及び修復範囲から、修復率の換算値ηCV（％）を次式によって求めた。
ηCV（％）＝（PUV／PEｐ）×B’
表２に、実験から求めた修復率ηと修復率の換算値ηCVを示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に示すように、修復率と換算値とを比較すると近似する値となった。このことから、母材と修復剤の接着強度と、修復範囲が修復率に大きく影響を及ぼしていることがわかる。したがって、母材と同等の接着強度を持つ修復剤を用い、修復範囲を100（％）に近くすることができれば、理論上ではあるが修復率をほぼ100％にすることが可能である。本実験結果は、本発明に係る修復方法がCFRPの損傷を修復する方法として有効に活用できることを示すものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１１  CFRP構造体
１２、１３  基板
１４、１６  光ファイバ
１５  注入穴
２０  光源
２２  センサ
２４  ポンプ
３０  修復剤
４０  炭素繊維クロス材
４１  ポリイミドフィルム
４２  光ファイバ
４６  注入穴
【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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【図１３】
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【図１４】
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