(57)【要約】【課題】簡易な工程で迅速かつ確実に光ファイバを構造体に接着できる接着方法及び接着器具、並びに、構造体の製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ１は、素線が熱可塑性樹脂とされる被覆部で被覆されている。被覆部の少なくとも一部が、ヒータ１４により加熱されて溶融する。熱可塑性樹脂が溶融した状態で、光ファイバ１の熱可塑性樹脂が溶融した部分と構造体１７の表面とが接触され、成形ローラ１５が光ファイバ１を構造体１７の表面に圧着させる。その後、熱可塑性樹脂が冷却されて硬化し、光ファイバ１が構造体１７に接着する。【選択図】図２
2014006381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂によって素線が被覆された光ファイバを構造体の表面に接着する接着方法であって、
前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させる工程と、
前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、前記光ファイバの前記熱可塑性樹脂が溶融した部分と前記表面とを接触させる工程と、
前記光ファイバを前記表面に圧着させる工程と、
前記熱可塑性樹脂を冷却して硬化させる工程と
を含む接着方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂によって素線が被覆された光ファイバを構造体の表面に供給する光ファイバ供給部と、
前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させるヒータと、
前記熱可塑性樹脂が溶融した部分と前記表面とを接触させるとともに、前記光ファイバを前記表面に圧着させる圧着部と
を備える接着器具。
【請求項３】
熱可塑性樹脂によって素線が被覆された光ファイバが接着された構造体の製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させる工程と、
前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、前記光ファイバの前記熱可塑性樹脂が溶融した部分と前記構造体の表面とを接触させる工程と、
前記光ファイバを前記表面に圧着させる工程と、
前記熱可塑性樹脂を冷却して硬化させる工程と
を含む構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機や風車翼等の構造体表面に光ファイバを接着する方法、及び、光ファイバの接着に用いる接着器具、並びに、構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた構造体の健全性評価では、光ファイバが構造体の表面に接着して取り付けられる。構造体に生じる歪みが光ファイバに伝達され、光ファイバに生じた歪みを計測することにより、構造体の損傷が検知される。例えば部材同士を接着させた構造体では、光ファイバに生じた歪みを計測することにより、構造体の接着部分の剥離が検知される。構造体としては、例えば航空機、自動車、風車翼などが挙げられる。
【０００３】
センサに用いられる光ファイバは、特許文献１及び特許文献２に記載されるように、コア及びクラッドを有する素線の外周に樹脂製の被覆が形成される。構造体に生じる歪みを確実に光ファイバに伝達するために、光ファイバは、エポキシ系接着剤などの化学反応型の接着剤によって構造体と接着されるのが一般的である。
【０００４】
化学反応型接着剤を用いた光ファイバと構造体との接着は、以下の工程で行われる。
まず、主剤と硬化剤とを混合した接着剤を、構造体表面の所定位置に塗布する。次いで、接着剤上の所定位置に光ファイバを所定位置に載置する。光ファイバの上に更に接着剤を塗布する。この時、図３の断面図のように、光ファイバは接着剤で被覆される。その後、放置して接着剤を硬化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５１９４５号公報（特許請求の範囲、段落[０００８]、図１）
【特許文献２】特開２００４−１５１７０２号公報（請求項７〜１０、段落［００５２］〜［００５８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の光ファイバを用いた健全性評価では、構造体の歪みを確実に光ファイバに伝達するために、構造体から離脱させないように接着する必要がある。このため、図３のように断面を見たときに、光ファイバを完全に被覆するように接着剤を塗布しなければならない。また、上記の一般的な接着工程では、化学反応型の接着剤を用いるために、完全に硬化させるまでに約１日要する。硬化までの間に光ファイバがずれないように保持しなければならない。
このように、高い接着位置精度を確保するためには作業工程に手間がかかり、作業終了までに長時間を要するので作業効率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡易な工程で迅速かつ確実に光ファイバを構造体に接着できる接着方法、及び、これを実現する接着器具を提供することを目的とする。また本発明は、簡易な工程で光ファイバを接着させた構造体の製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、熱可塑性樹脂によって素線が被覆された光ファイバを構造体の表面に接着する接着方法であって、前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、前記光ファイバの前記熱可塑性樹脂が溶融した部分と前記表面とを接触させる工程と、前記光ファイバを前記表面に圧着させる工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して硬化させる工程とを含む接着方法である。
【０００９】
本発明の第２の態様は、熱可塑性樹脂によって素線が被覆された光ファイバを構造体の表面に供給する光ファイバ供給部と、前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させるヒータと、前記熱可塑性樹脂が溶融した部分と前記表面とを接触させるとともに、前記光ファイバを前記表面に圧着させる圧着部とを備える接着器具である。
【００１０】
本発明の第３の態様は、熱可塑性樹脂によって素線が被覆された光ファイバが接着された構造体の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部を溶融させる工程と、前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、前記光ファイバの前記熱可塑性樹脂が溶融した部分と前記構造体の表面とを接触させる工程と、前記光ファイバを前記表面に圧着させる工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して硬化させる工程とを含む構造体の製造方法である。
【００１１】
本発明では、素線を被覆している熱可塑性樹脂を接着剤として利用する。本発明の接着方法及び接着治具を用いれば、光ファイバを構造体表面に圧着させてから硬化までに要する時間は１分以内とすることができる。従って、従来の化学反応型接着剤を用いた方法に比べて、作業に要する時間が大幅に短縮される。また、熱可塑性樹脂が完全に固まる前に光ファイバの位置がずれることを防止することができる。
【００１２】
また、本発明の方法及び接着器具を用いれば、素線が熱可塑性樹脂によって被覆された状態で構造体に接着することができる。従って、熱可塑性樹脂が構造体の歪みを光ファイバに伝達させることができ、高精度の健全性評価を実施することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の接着方法は、従来の接着工程と比較して樹脂硬化までの時間を大幅に短縮させることができるので、作業性が向上する。また、光ファイバが所定位置からずれたり構造体から離脱することなく接着させることができるので、光ファイバセンサを用いた健全性評価の精度を向上させることができる。
【００１４】
本発明の接着器具は、光ファイバ供給部、ヒータ及び圧着部が一体化されているため取り扱いが容易である。また、本発明の接着器具を用いれば、良好な位置精度で光ファイバを所定位置に接着させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法により構造体表面に接着される光ファイバの概略図である。
【図２】本発明の接着治具及び接着方法を説明する概略図である。
【図３】従来の方法により光ファイバを接着した構造体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１実施形態＞
以下に、第１実施形態に係る接着方法、接着治具及び構造体の製造方法を説明する。
図１は、本実施形態の接着方法に適用される光ファイバの概略図である。光ファイバ１は、コア及びクラッドを有する素線２と、素線２の外周を被覆している被覆部３とで構成される。なお、本実施形態では、素線２と被覆部３との間に別の被覆部（ポリイミド等）が設けられる構成の光ファイバも採用可能である。
【００１７】
本実施形態では、コア及びクラッドの材質は特に限定されない。素線２の直径は、０．０５〜０．１５ｍｍとされる。
【００１８】
本実施形態の接着方法に適用可能な被覆部３は、熱可塑性樹脂で形成される。熱可塑性樹脂の例としては、ポリエステル系、スチレン系、ポリエチレン系等が挙げられる。被覆部３の厚さは、０．１〜０．５ｍｍとされる。
【００１９】
図１の光ファイバ１の接着対象は、航空機、自動車、風車翼などの構造体とされる。当該構造体は、炭素繊維強化樹脂基材やガラス繊維強化樹脂基材といった繊維強化樹脂基材や、アルミニウムなどの金属板とされる部材とされる。また、上記材質の部材同士が、接着剤で貼り合わされて構成されたものでも良い。接着剤としては、例えばエポキシ系接着剤などが適用可能である。
【００２０】
図２は、本実施形態の接着治具を説明する概略図である。
接着治具１０は、光ファイバ供給部１１と、ヒータ１４と、成形ローラ（圧着部）１５とがケーシング１６内に収容されて構成される。
【００２１】
光ファイバ供給部１１は、光ファイバ巻付ローラ１２と、２つの光ファイバ供給ローラ１３とを備える。光ファイバ巻付ローラ１２には、光ファイバ１が巻き付けられている。なお、光ファイバ供給ローラ１３は、１つとしても良い。
【００２２】
ヒータ１４は、光ファイバ供給部１１の光ファイバ巻出し方向に設置される。成形ローラ１５は、ヒータ１４の光ファイバ巻出し方向に設置される。ヒータ１４は、加熱された熱可塑性樹脂が冷却され硬化する前に構造体１７表面と光ファイバ１とが接触できるように、成形ローラ１５近傍に設置されることが好ましい。
【００２３】
ヒータ１４は、温風を光ファイバに向かって送給する機器（例えばドライヤ）であることが好ましい。ヒータ１４には、ヒータ１４から供給される温風の温度を調整するヒータ温度調整手段（不図示）が接続される。
【００２４】
接着器具１０では、光ファイバ１に対して成形ローラ１５と反対側にヒータ１４が設置される。すなわち、ヒータ１４は、光ファイバ１の成形ローラ１５と接触する面と反対側の面を加熱可能となっている。
【００２５】
光ファイバ巻付ローラ１２から巻き出された光ファイバ１は、光ファイバ供給ローラ１３の間を通過し、成形ローラ１５と構造体１７との間に挿入されている。成形ローラ１５は、光ファイバ１を構造体１７表面に押圧している。
【００２６】
接着治具１０は、成形ローラ１５が回転することにより構造体１７表面を移動可能となっている。
【００２７】
接着治具１０を用いて構造体表面に光ファイバを接着する工程を以下で説明する。
構造体１７表面の光ファイバを設置する位置の始点に、接着治具１０が設置される。光ファイバの設置位置は、構造体１７における２つの部材の接着面近傍である。
この時、光ファイバ巻付ローラ１２から巻き出された光ファイバ１の端部が、成形ローラ１５と構造体１７との間に挿入される。
【００２８】
次いで、接着治具１０が、構造体１７の表面を光ファイバ設置予定位置に倣うように移動される。図２において、接着治具１０は紙面右方向に移動される。
【００２９】
接着治具１０の移動に伴い、光ファイバ巻付ローラ１２、光ファイバ供給ローラ１３、及び、成形ローラ１５が回転する。これにより、光ファイバ１が光ファイバ巻付ローラ１２から巻き出され、光ファイバ供給ローラ１３を通ってヒータ１４及び成形ローラ１５に搬送される。
【００３０】
ヒータ１４は、光ファイバ１の表面を被覆する熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる。加熱温度は、熱可塑性樹脂が溶融できる温度であれば良く、熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定される。本実施形態では、円周方向全ての熱可塑性樹脂を溶融させる必要はなく、少なくとも構造体１７の表面と接触する部分の熱可塑性樹脂を溶融させれば良い。
【００３１】
光ファイバ１は、表面の熱可塑性樹脂が溶融した状態で成形ローラ１５に搬送される。光ファイバ１が成形ローラ１５と構造体１７との間に挟まれると、溶融した熱可塑性樹脂と構造体１７表面とが接触するとともに、成形ローラ１５が光ファイバ１を構造体１７の表面に圧着させる。
【００３２】
光ファイバ１表面の熱可塑性樹脂は、ヒータ１４を通過した後、成形ローラ１５及び構造体１７との接触や空気放冷によって冷却される。光ファイバ１が構造体１７表面に付着した後に熱可塑性樹脂の温度が融点以下になると、熱可塑性樹脂が再硬化する。これによって、素線が熱可塑性樹脂製の被覆部で被覆された状態で、光ファイバ１が構造体１７に接着される。光ファイバの圧着から再硬化までに要する時間は１分以内である。
【００３３】
接着治具１０の移動により、上記の熱可塑性樹脂の溶融、光ファイバの圧着、及び熱可塑性樹脂の再硬化が連続的に行われる。
【００３４】
構造体１７の表面に光ファイバ１を接着した後、光ファイバ１の上から更にコーティング材を施工して光ファイバ１を被覆する。コーティング材は、例えばＰＲ１７５０（商品名、ＰＰＧ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ社製）などがある。コーティング材は、耐湿性、高温耐性、低温耐性を有する。このため、光ファイバを用いた構造体の健全性評価において良好な検査精度を確保される。
【００３５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の接着治具では、成形ローラにヒータが内蔵されて一体化され、成形ローラが熱可塑性樹脂を加熱して溶融する構成とされる。この場合、図２のヒータは省略される。それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。第２実施形態の接着治具は、第１実施形態と比較して構造がより簡略化されている。
【００３６】
第２実施形態の接着方法及び構造体の製造方法では、上記の接着治具を移動させることによって、熱可塑性樹脂の溶融、光ファイバの圧着、及び、熱可塑性樹脂の再硬化が連続的に行われる。
本実施形態では、光ファイバが成形ローラに接触した時に、熱可塑性樹脂が成形ローラによって加熱され、溶融する。構造体との接着面に位置する熱可塑性樹脂が溶融され、且つ、再硬化時に熱可塑性樹脂が素線を被覆するために、成形ローラの温度や接着治具の移動速度（即ち、光ファイバの供給速度）が調整される。
【００３７】
第２実施形態の方法により光ファイバが構造体に接着された後、第１実施形態と同様に光ファイバの上からコーティング材が施工される。
【符号の説明】
【００３８】
１  光ファイバ
２  素線
３  被覆部
１０  接着治具
１１  光ファイバ供給部
１２  光ファイバ巻付ローラ
１３  光ファイバ供給ローラ
１４  ヒータ
１５  成形ローラ（圧着部）
１６  ケーシング
【図１】
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【図２】
2014006381.tif 000004
【図３】
2014006381.tif 000005