(57)【要約】      （修正有）【課題】１つ又は複数の孔に隣接する複合構造物に対する層間剥離損傷を直接修理するための方法及び適切なシステムツールデバイスにより修理にかかる時間及び費用を削減する手段を提供する。【解決手段】複合構造物１０内の損傷した孔を修理するシステムには、複合構造物内の孔４２の中にぴったりと受容されるようにサイズ調整されるスリーブ４６を有する修理システムツールデバイス４０が組み込まれる。スリーブ４６は、原樹脂を受容するための中央ボア５０、及び孔４２へ原樹脂を放射状に圧出するためのオリフィスの配列を有する。当て板が中央ボア５０を密封し、当て板を覆う真空バッグが複合構造物１０の表面に対して密封される。真空バッグ内に真空を導入することによって、スリーブ４６内のオリフィスから、孔４２より延在する層間剥離へ樹脂を注入するための差圧がもたらされる真空バッグを備えるシステム。【選択図】図６
2015212072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステムであって、
複合構造物内の孔（１６）の中にぴったりと受容されるようにサイズ調整されるスリーブ（３４）を有する修理システムツールデバイスであって、前記スリーブは、原樹脂を受容するための中央ボア（５０）と、前記孔の中の隣接する層間剥離（４４）へ前記原樹脂を放射状に圧出するためのオリフィス（３６）の選択された配列とを有する、修理システムツールデバイス（３３）、
前記中央ボアを密封する当て板（６２）、及び
前記当て板を覆い、且つ前記複合構造物の表面に対して密封される真空バッグであって、前記真空バッグ内に真空を導入することによって、前記スリーブ内の前記オリフィスから、前記孔より延在する層間剥離へ樹脂を注入するための差圧がもたらされる、真空バッグ（６８）
を備えるシステム。
【請求項２】
前記修理システムツールデバイス（３３）が、上方フランジであって、そこから前記スリーブ（３４）が延在する上方フランジ（４８）を更に備え、前記上方フランジに隣接する前記スリーブの周りに受容され、且つ前記孔（１６）の周りの前記構造物（１０）の上面に係合する密封具（６０）を更に備える、請求項１に記載の複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステム。
【請求項３】
前記スリーブ（３４）の前記中央ボア（５０）が、前記上方フランジ（４８）の反対側に密封され、前記上方フランジの反対側の前記スリーブに係合する下方フランジ（３９）と、前記下方フランジに隣接する前記スリーブの周りに受容され、且つ前記孔の周りの前記構造物の底面に係合する密封具（６０）とを更に備える、請求項２に記載の複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステム。
【請求項４】
前記スリーブ（３４）には、前記下方フランジ（３９）内の嵌合ねじ付きボア（５８）内に受容されるねじ付き端部が組み込まれる、請求項３に記載の複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステム。
【請求項５】
前記オリフィスの配列の中のそれぞれの前記オリフィス（３６）が、０．０１から０．１インチの範囲の直径を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステム。
【請求項６】
前記スリーブ（３４）がチタンである、請求項１から５のいずれか一項に記載の複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステム。
【請求項７】
チューブ（３７）が前記選択された配列の中のオリフィス（３６）に挿入され、前記チューブが前記スリーブの外表面を越えて延在し、プラグ（３８）が前記選択された配列以外のオリフィスに挿入される、請求項１から６のいずれか一項に記載の複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するためのシステム。
【請求項８】
複合構造物（１０）内の損傷した孔を修理するための方法であって、
損傷を査定するために構造用複合材の層間剥離が生じた孔（１６）に対して非破壊評価を行うこと、
複数のオリフィス（３６）を有する修理システムツールデバイス（３３）のスリーブ（３４）を、損傷して層間剥離が生じた孔に挿入すること、
所定の量の原強化樹脂を、前記スリーブ内の中央ボア（５０）を通して前記修理システムツールデバイスの前記スリーブ（３４）に導入すること、
真空を適用するために当て板（６２）及びバギングを取り付けること、
前記当て板を付勢して、前記スリーブ内に実質的に大気圧を維持する上部フランジ（３５）と密封接触させるために、バッグ（６８）に真空を適用する一方で、前記スリーブ内の前記オリフィス（３６）を通して前記樹脂を拡散するために真空下の前記孔の周りに原樹脂を配置すること、及び
前記樹脂を、毛細管作用によって、前記孔を囲む積層体内の層間剥離に圧入すること
を含む、方法。
【請求項９】
取り付け用のセチルアルコール潤滑剤を用いて前記修理システムツールデバイス（３３）の前記スリーブ（３４）を処理することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上部フランジ（３５）に当接する上方Ｏリング密封具（６０）を用いて前記スリーブ（３４）を取り囲むことを更に含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記スリーブ（３４）上に下方Ｏリング密封具（６０）を組み付けること、
前記スリーブ（３４）上に嵌合フランジ（５４）を係合させること、及び
樹脂の漏れを回避するために前記嵌合フランジを締めること
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
真空下で損傷した領域を硬化すること、
修理された領域からバギングを外すこと、
前記当て板（６２）を取り除くこと、
前記孔（１６）から前記修理システムツールデバイス（３３）のスリーブ（３４）を取り出すこと、及び
余分な樹脂を取り除き、最終的な許容範囲の孔サイズを生成するために修理するにつれて、前記孔（１６）を広げること
を更に含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
製作を続けるために前記修理された孔（１６）に留め具を取り付けることを更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記非破壊評価で特定された層間剥離（４４）と位置合わせされるようにオリフィスの配列を選択することを更に含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記選択された配列以外のオリフィス（３６）をプラグ埋めすることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、複合構造物内の孔を囲む亀裂又は層間剥離の構造的な修理に関し、より具体的には、密封端部フランジ（ｓｅａｌｉｎｇ  ｅｎｄ  ｆｌａｎｇｅ）間で樹脂が横方向に流れるためのオリフィスを有する有孔スリーブを備えるシステムツールデバイスを利用して、このような亀裂又は層間剥離へ原樹脂を注入するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料を利用して大きな構造物を製作することは、航空機、自動車両、海上船、及び宇宙船のための構造物を含む数多くの用途において、金属によって製作することに急速に取って代わっている。複合材料に孔を開けることは、材料の性質のため課題があり、穿孔プロセスの間、孔に隣接する複合材料に亀裂又は層間剥離を含む損傷がもたらされる場合がある。このような欠陥は、複合材の非破壊検査工程の間に見つからない場合、潜在的な故障開始点となりうるか、層間剥離から水分が浸入する可能性をもたらすことがあり、これは、複合構造物の長期耐久性、寿命、及び耐損傷性能にとって有害である。さらに、この欠陥又は層間剥離損傷は、生成された孔又はジョイントにおいて利用される締め具システムの構造的一体性を減少させることがある。現状の修理技法は、任意の亀裂又は層間剥離を除去するために孔に隣接する大量の複合材料を取り除くこと、或いははめ継ぎパッチ（ｓｃａｒｆｅｄ  ｐａｔｃｈ）又は似たような修理技法を用いて複合構造物を交換することを必要とする。このような修理は、費用がかかり時間を浪費する。
【０００３】
したがって、１つ又は複数の孔に隣接する複合構造物に対する層間剥離損傷を直接修理するための方法及び適切なシステムツールデバイスを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
例示的な実施形態は、複合構造物内の孔の中にぴったりと受容されるようにサイズ調整されるスリーブを有する修理ツールが組み込まれる、複合構造物内の損傷した孔を修理するシステムを提供する。スリーブは、原樹脂を受容するための中央ボア、及び孔の中の隣接する層間剥離へ原樹脂を放射状に圧出するためのオリフィスの配列を有する。当て板が中央ボアを密封し、当て板を覆う真空バッグが複合構造物の表面に対して密封される。真空バッグ内に真空を導入することによって、スリーブ内のオリフィスから、孔より延在する層間剥離へ樹脂を注入するための差圧がもたらされる。
【０００５】
本明細書の実施形態は、複合構造物内の損傷した孔を修理する方法を提供する。この方法では、損傷を査定するために構造用複合材の層間剥離が生じた孔に対して非破壊評価が行われる。複数のオリフィスを有する修理ツールスリーブが、次いで、損傷して層間剥離が生じた孔に挿入される。所定の量の原強化樹脂（ｐａｒｅｎｔ  ｔｏｕｇｈｅｄ  ｒｅｓｉｎ）が、スリーブ内の中央ボアを通して修理ツールのスリーブに導入される。当て板が、取り付けられ、真空を適用するためにバギングされる。当て板を付勢して上部フランジと密封接触させるために真空をバッグに適用し、スリーブ内に実質的に大気圧を維持する一方で、スリーブ内のオリフィスを通して樹脂を拡散するために真空下の孔の周りに積層体を配置する。樹脂は、毛細管作用によって孔内部の積層体内の層間剥離領域に圧入される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
既に説明した特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施形態において単独で実現することが可能であり、又は更なる別の実施形態で組み合わせることが可能であり、その詳細は以下の説明及び図面を参照すると理解できる。
【０００７】
【図１Ａ】複合構造物上の穿孔作業の図示表示である。
【図１Ｂ】図１Ａの穿孔作業から亀裂又は層間剥離が生じた、複合材内の孔領域の断面図である。
【図２】孔内部の損傷の特性を明示するフロー図である。
【図３】修理の効果に対する例示的プロフィールとともに、層間剥離のサイズから生じる耐力低下を示すグラフである。
【図４】損傷を招き得る従前のはめ継ぎ修理に関連付けられる領域内の例示的な孔の図である。
【図５Ａ】修理プロセスのために複合構造物内の孔に挿入された修理システムツールデバイスの基本実施形態の側面断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの基本実施形態の拡大詳細部分断面図である。
【図６】修理プロセスのために複合構造物内の孔に挿入された修理システムツールデバイスの一般化された実施形態の部分断面図である。
【図７】図６に示した修理ツールの実施形態の詳細断面図である。
【図８】樹脂の拡散及び硬化のために取り付けられる当て板及び真空バッグを有する修理ツールの断面図である。
【図９】複合構造物の両側面への接近が可能ではない用途のための修理ツールの第２実施形態の詳細断面図である。
【図１０】はめ継ぎされた領域内にツールを適用したときの詳細断面図である。
【図１１】樹脂の拡散及び硬化のために取り付けられる当て板及び真空バッグを有する、はめ継ぎされた領域内の修理ツールの断面図である。
【図１２】複合構造物内の修理された孔の斜視断面図である。
【図１３Ａ】本明細書に開示される実施形態の操作を明示するフロー図である。
【図１３Ｂ】本明細書に開示される実施形態の操作を明示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書に記載される実施形態は、鈍化ドリル又は間違った切削速度によって孔の不適切な開け方をした結果、或いは、工場の高速製造環境内でドリルの先端マージンを間違えて孔を不正確に開けた結果、構造用複合材の留め具の損傷した孔の中に生成された複数の層間剥離、マトリックス亀裂、又は剥離（本明細書では概して層間剥離と呼ばれる）を有する複雑な複合材の孔の修理を達成するために、修理システムツールデバイスを用いる一体化された修理方法／プロセスを提供する。この一体化された樹脂注入修理方法は、細長いオープンチタン製スリーブを備える修理システムツールデバイスを利用し、この細長いオープンチタン製スリーブは、各端部にフランジを有し、複数の注入オリフィス、又は修理される孔に隣接する複合構造物を真空バギングすることによって引き起された約１気圧の差圧の下で、層間剥離が生じた孔又はさもなければ損傷した孔の表面への横方向の樹脂の流れのためにスリーブを通して延在するチューブを有する。
【０００９】
修理システムツールデバイスは、損傷して層間剥離した表面を有するクリアランス孔内の注入／射出スリーブを第１に取り付けることによって利用される。樹脂がスリーブに導入され、次いでスリーブが当て板で密封され、バギングされる。真空がバッグに適用され、積層体内に差圧を引き起すことによって、スリーブ側壁を通じるオリフィス又はチューブを通して、樹脂が損傷領域に注入される。一体化された工場内樹脂注入方法は、関連する修理システムツールデバイスを使用して、構造物の局所的な静的強度、損傷耐性、及び疲労耐久性を、拒絶する欠陥がない状態で、制限負荷の最大１５０％まで回復する。
【００１０】
図面を参照すると、図１Ａは、ドリルビット１２を使用して、複合構造物１０上の穿孔作業の図を提供する。ビット１２が十分に尖っていない、又は穿孔作業のフィード／速度が不正確である場合、複合構造物内の亀裂又は層間剥離１４などの欠陥は、例えば図においてｙ＝ｙｂと定義されるｙ軸のセクションに対して、図１Ｂに示されるように孔１６の表面から延在することがある。ｚｄｅｌａｍは、積層体構造１０の厚みの中の欠陥の垂直の寸法を表し、Ｌｄｅｌａｍは、積層体構造１０に延在する欠陥の長さ又は深さを表す。このような欠陥が特定された場合、欠陥の性質及び領域の特徴化は、図２に示されるフローシーケンスで表されるように達成される。損傷した孔１６の周りの領域１８は、ステップ（ａ）に示されるように特定され、領域形状は、ステップ（ｂ）で示されるように非破壊検査（ＮＤＩ）のためのテンプレートを用いて、横軸ｘ、ｙと縦軸ｚに対する平面における座標系を用いて寸法的に特徴化される。透過超音波（ＴＴＵ）などのＮＤＩは、ステップ（ｃ）に示されるように、損傷の位置、範囲、深さを確認するために損傷した孔に対して利用される。網掛け部分で示される層間剥離した層（プライ）の範囲は、所定の横方向の樹脂注入の較正のために、ステップ（ｄ）で示されるようにｂ＝１からｎで示される様々なセクションｙ＝ｙｂを有する横範囲ｙに対して、及び（図１Ｂで示されるように）縦位置ｚに対して、セクション化される。
【００１１】
構造的には、穿孔作業によって引き起こされる複数の層間剥離を有する孔の損傷の存在において、バイパスローディング（ｂｙｐａｓｓ  ｌｏａｄｉｎｇ）の下の複合材積層体強度の低下を考慮しなければならなく、それは、損傷が効果的に修理されない場合、構造強度が５０％減少するためである。構造用積層体の切り欠き（層間剥離した損傷）の強度は、特性長を使用して通常計算し、これにより応力集中領域内の負荷再分散がとらえられる。層間剥離、マトリックス亀裂、剥離、又は似たような欠陥の存在は、負荷再分散、並びに構造物の自由端応力を変化させ、結果として構造強度を低下させる。したがって、層間剥離（損傷）を有しない孔に対して確立された特性長は、損傷を特徴化することなく、損傷した１つ又は複数の孔に対して使用されることがない。層間剥離したプライに注入される原樹脂（積層体構造内の元々の樹脂と同じ又は同等の樹脂）を導入し、且つそれによって損傷した複合構造物を修理することにより、非常に高価なはめ継ぎパッチ及び関連する時間のかかる修理プロセスをなくすことができる。特性長上の積層体の厚みにわたる層間剥離サイズ及びその位置の影響は、図３において理論上示されるように、境界２０の指定を伴って、耐力対層間剥離のサイズに対して確立された。境界２０を越えると、下位積層体の座屈は、層間剥離伝搬が生じることに至る。第１の強度低下曲線ｚ３／Ｈ（２２）は、樹脂の修理のない層間剥離損傷に対する相対的な耐力を明示する。強度低下曲線ｚ２／Ｈ（２４）が浅い損傷における改善された樹脂注入修理に対する強度を明示する一方で、強度低下曲線ｚ１／Ｈ（２６）が深い損傷における改善された樹脂注入修理の値に対する強度を明示する。
【００１２】
既に述べたように、本実施形態及び方法は、図４に示されるように、既存のはめ継ぎパッチ修理が行われた領域の孔に対しても利用してもよい。既に記載されたように、はめ継ぎパッチ修理は、欠陥（はめ継ぎ部分）の周囲の積層体を比較的大量に取り除き、次いで、はめ継ぎ部分を積層体パッチで埋めることによって、達成される。複合構造物１０は、構造物１０に関連するｘ、ｙ座標に相対して示される以前の修理からのはめ継ぎ領域２８を有することがある。複数の孔３０が、はめ継ぎ部分内のパッチのボンドライン３２を貫通して存在してもよい。ボンドライン３２は、はめ継ぎ部分の深さに基づいて深さ（ｚ寸法）において変化し、セクション（ａ）で示されるように、特定の孔３０ａに対して、構造物１０内の複合材積層体の中央部分を通って延在してもよく、或いはセクション（ｂ）で示されるように、他の孔３０ｂ、３０ｃに対して、複合材積層体内の周囲の層を通って延在してもよい。本明細書に記載される実施形態及びプロセスは、はめ継ぎ部分のボンドラインの深さから離れて損傷した孔に対して適用することができ、初期製造工程に対して、或いは、現場保守又は修理の間に生じたり特定されたりした損傷した孔に対して利用してもよい。
【００１３】
図５Ａ及び図５Ｂは、修理システムツールデバイス３３の基本構造を示す。システムツールデバイス３３は、オリフィス３６が組み込まれるスリーブ３４を含む。スリーブ３４は、孔１６の周囲の構造物１０に接触する上部フランジ３５から延在する。チューブ３７は、ＮＤＩによって判定された層間剥離へ樹脂を導入するために特定されるオリフィスを通して挿入されてもよい。チューブ３７は、図５Ｂに詳細に示されるように、スリーブ全体が最小クリアランスを設ける直径を有することを必要とすることなく、孔１６の内表面から最小クリアランス８２を設けるために、スリーブ３４の外表面を越えて延在してもよい。例示的な実施形態では、０．２５インチ直径孔の表面からのチューブ３７のためのクリアランスは、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、約０．００６インチ以下となる。配列内のオリフィス３６の縦方向の間隔によって、複数の層間剥離１４又は図１Ｂに示されるｚ方向で離間される他の欠陥が、各層間剥離に隣接するオリフィスを通して、樹脂が一度注入されることよって修理されることが可能になる。システムツールデバイス３３の回転が、ＮＤＩによって判定された層間剥離又は欠陥のｘとｙの位置を用いて、オリフィスの配向に対してなされてもよい。特定の修理のために必要とされないシステムツールデバイス内のオリフィスは、プラグ３８で密封されてもよい。ねじ付き下部フランジ３９は、システムツールデバイス３３を複合構造物１０に係合させるために利用し、Ｏリング６０は、一般化された実施形態に関連してより詳細に記載されるように、上部フランジ３５及び下部フランジ３９を構造物１０に対して密封するために利用してもよい。
【００１４】
図６及び図７は、複合構造物１０内の孔４２において修理を行うために配置される修理システムツールデバイス４０の一般化された実施形態を示す（構造物１０の個別の層又は積層体は、他の詳細の明瞭性のために示されない）。幾つかの層間剥離又は亀裂４４が、孔４２の表面から構造物へと延在する。基本実施形態のように、システムツールデバイス４０には、上方フランジ４８から延在するスリーブ４６が組み込まれる。例示的な実施形態では、スリーブと上方フランジはチタンである。スリーブは、孔４２の中にぴったりと受容されるようにサイズ調整され、複合構造物１０の表面の間の孔を通って延在する。中央ボア５０は、上方フランジ４８及びスリーブ４６の中に存在する。チューブ又は貫通孔５２でありうるオリフィスの配列は、ボア５０からスリーブ４６を通って放射状に延在する。基本実施形態に関連して上記で記載されたように、貫通孔５２を個別にプラグしてもよく、それにより、ＮＤＩ検査によって判定された欠陥の位置に合う配列が残される。この欠陥に、樹脂が修理プロセスの間に導入される。以下で詳細に記載されるように、樹脂は、貫通孔５２を通して圧出されるためにボア５０に導入され、孔４２を囲む損傷した積層体に注入される。貫通孔５２は、一般的な幾何学的配列であってもよく、或いは、樹脂を亀裂又は層間剥離４４に隣接して最大限導入することを達成するために、所定のパターンで配置されてもよい。貫通孔の大きさは、導入される原樹脂の粘度に基づいて決定され、貫通孔は、任意の所要の直径であってもよい。例示的な実施形態では、０．０１から０．１インチの直径が利用される。示される実施形態では、スリーブ４６を密封するために、閉じた下方フランジ５４が利用される。下方フランジ５４を密封部に連結することは、下方フランジ内の嵌合ねじ付きボア５８内に受容されるスリーブ４６上のスレッド５６によって達成されてもよい。弾性Ｏリング６０は、上方フランジ及び下方フランジと、複合構造物１０の上表面及び下表面との間で係合され、システムツールデバイス４０を構造物に対して密封する。セチルアルコール潤滑剤（ｃｅｔｙｌｅ  ａｌｃｏｈｏｌ  ｌｕｂｒｉｃａｎｔ）又は似たようなコーディングをスリーブに適用し、スリーブが孔内に挿入されることを助け、スリーブに樹脂が付着することを減らすことができる。
【００１５】
注射器又は適切なフィッティングを使用して原樹脂がボア５０内に導入され、適切な量の樹脂でスリーブ４６が埋められる。図８に示されるように、当て板６２が上方フランジ４８の上に置かれてボア５０が密封される。標準的な真空バッグ６４が、次いで、当て板６２の上にかけられて、複合構造物１０の表面にテープ６６を用いて端部において密封される。真空源７０に接続される標準的な真空フィッティング６８は、バッグ６４を真空引きするために利用してもよい。バッグ６４に真空を導入することによって、当て板６２が上方フランジ４８に対して密封され、樹脂で満たされたスリーブ４６と構造物１０の複合材積層体との間に圧力の差がもたらされ、それにより、貫通孔５２を通してスリーブから亀裂又は層間剥離４４への樹脂の拡散が引き起される。亀裂又は層間剥離のサイズによって、樹脂を取り込むための毛細管作用が通常引き起される。例示的な実施形態では、２時間の真空下の樹脂硬化が利用される。
【００１６】
図９では、構造物１０の一方の側面への接近がありえない用途における、修理システムツールデバイス７２のための代替的な実施形態が示される。修理システムツールデバイス７２は、先の実施形態のように、延在するスリーブ７６を有する上方フランジ７４を利用する。しかしながら、上方フランジ７４の反対側の端部においてスリーブ７６が端部プレート７８に対して密封され、それにより下方フランジがスリーブを密封する必要が除外される。上方フランジ７４と構造物１０の表面との間にＯリング６０がさらに利用され、以上に記載されたように、当て板を用いて上方フランジとボア５０をキャッピングし、密封されたバッグを用いて真空引きすると、上方フランジ７４は、Ｏリング６０を圧縮して密封を達成する。
【００１７】
図１０及び図１１は、はめ継ぎ修理領域内の孔４２に修理システムツールデバイス４０を使用することを詳細に明示する。ここでは、はめ継ぎボンドライン（ｓｃａｒｆ  ｂｏｎｄ  ｌｉｎｅ）３２が、構造物１０の積層体を通って移行する。図１１に示されるように、真空バッグ６４は、はめ継ぎ修理領域の上を延在するようにサイズ調整されてもよい。
【００１８】
記載された各実施形態では、硬化期間が完了すると、真空が放出され、バッグ及び当て板が取り除かれ、修理システムツールデバイス４０、７２が構造物から取り除かれ、スリーブが孔４２から引き出される。図１２に示されるように、孔４２の周囲の修理された領域は、原樹脂の詰め物を有する亀裂又は層間剥離４４’、並びにスリーブと孔との間の隙間に存在する樹脂表皮及びバレル８０を含むことになる。孔４２の再仕上げは、樹脂バレル８０を所望の孔直径に広げることによって達成してもよい。樹脂バレル８０の厚みによって孔を広げることを制約することによって、孔の表面に隣接する複合材積層体への任意の追加の損傷が防止される。
【００１９】
本明細書に記載される修理システムツールデバイスの実施形態を使用して、複合構造物内の損傷した孔を修理するための方法が、図１３Ａ及び図１３Ｂで示される。損傷した孔に関しては、損傷を査定するために構造用複合材の層間剥離が生じた孔に対して非破壊評価が行なわれる（ステップ１３０２）。この非破壊評価に基づいて、チタン製スリーブ内のオリフィスの配列又は修理システムツールデバイスが、孔内の層間剥離と位置合わせするために選択され、選択された配列内に含まれないスリーブ内のオリフィスはプラグ埋めされてもよく、修理システムツールデバイスの一体化されたチタン製スリーブは、取り付けのためにセチルアルコール潤滑剤で処理される（ステップ１３０４）。スリーブは、スリーブを取り囲み且つ上部フランジに当接する上方Ｏリング密封具を用いて、損傷して層間剥離が生じた孔に挿入される（ステップ１３０６）。下方Ｏリング密封具及び嵌合フランジが、スリーブ上に組み付けられ、樹脂の漏れを回避するために締められる（ステップ１３０８）。複数の実施形態では、複合構造物の第２側面に対して接近することが可能ではない場合、密封されたスリーブが利用される。所定の量の原樹脂が、上方フランジ及びスリーブ内の中央ボアを通して、一体化されたチタン製スリーブの修理システムツールデバイスに導入される（ステップ１３１０）。当て板が、開いた上部フランジの上に取り付けられ、真空を適用するためにバギングされる（ステップ１３１２）。バッグに適用された真空が当て板を付勢してスリーブ内に実質的に大気圧を維持する上部フランジと密封接触させる一方で、スリーブ内の貫通孔を通して樹脂を拡散させるために真空下の孔の周りに積層体が配置される（ステップ１３１４）。毛細管作用によって、樹脂が、孔を囲む積層体内の層間剥離に圧入される（ステップ１３１６）。損傷した領域は、２時間の間、真空の下で硬化されることが許容される（ステップ１３１８）。その後、修理された領域からバギングが外され、当て板が取り除かれる（ステップ１３２０）。次いで、修理システムツールデバイスのスリーブが孔からを取り出されてもよい（ステップ１３２２）。余分な樹脂を取り除き、最終的な許容範囲の孔サイズを生成するために、修理された孔が広げられる（ステップ１３２４）。次いで、製作を続けるために修理された孔に留め具が取り付けられる（ステップ１３２６）。ここで定義された修理プロセスは、全体的な構造的重量を減らし、それにより燃料使用の削減に基づいて作業省力を可能にすることによって、先行技術のはめ継ぎ修理に対して有意な利点をもたらす。
【００２０】
さらに、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
【００２１】
条項１  複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステムであって、
複合構造物内の孔の中にぴったりと受容されるようにサイズ調整されるスリーブを有する修理システムツールデバイスであって、前記スリーブは、原樹脂を受容するための中央ボアと、前記孔の中の隣接する層間剥離へ前記原樹脂を放射状に圧出するためのオリフィスの選択された配列とを有する、修理システムツールデバイス、
前記中央ボアを密封する当て板、及び
前記当て板を覆い、且つ前記複合構造物の表面に対して密封される真空バッグであって、前記真空バッグ内に真空を導入することによって、前記スリーブ内の前記オリフィスから、前記孔より延在する層間剥離へ樹脂を注入するための差圧がもたらされる、真空バッグ
を備えるシステム。
条項２  前記修理システムツールデバイスが、上方フランジであって、そこから前記スリーブが延在する上方フランジを更に備える、条項１に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項３  前記上方フランジに隣接する前記スリーブの周りに受容され、且つ前記孔の周りの前記構造物の上面に係合する密封具を更に備える、条項２に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項４  前記スリーブの前記中央ボアが、前記上方フランジの反対側に密封される、条項３に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項５  前記上方フランジの反対側の前記スリーブに係合する下方フランジ、及び前記下方フランジに隣接する前記スリーブの周りに受容され、且つ前記孔の周りの前記構造物の底面に係合する密封具を更に備える、条項３に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項６  前記スリーブには、前記下方フランジ内の嵌合ねじ付きボア内に受容されるねじ付き端部が組み込まれる、条項５に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項７  前記オリフィスの配列の中のそれぞれの前記オリフィスが、０．０１から０．１インチの範囲の直径を有する、条項１に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項８  前記スリーブがチタンである、条項１に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項９  チューブが前記選択された配列の中のオリフィスに挿入され、前記チューブが前記スリーブの外表面を越えて延在する、条項１に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項１０  プラグが前記選択された配列以外のオリフィスに挿入される、条項１に記載の複合構造物内の損傷した孔を修理するためのシステム。
条項１１  複合構造物内の損傷した孔を修理するための方法であって、
損傷を査定するために構造用複合材の層間剥離が生じた孔に対して非破壊評価を行うこと、
複数のオリフィスを有する修理システムツールデバイスのスリーブを、損傷して層間剥離が生じた孔に挿入すること、
所定の量の原強化樹脂を、スリーブ内の中央ボアを通して前記修理システムツールデバイスの前記スリーブに導入すること、
真空を適用するために当て板及びバギングを取り付けること、
前記当て板を付勢して、前記スリーブ内に実質的に大気圧を維持する上部フランジと密封接触させるために、バッグに真空を適用する一方で、前記スリーブ内の前記オリフィスを通して前記樹脂を拡散するために真空下の前記孔の周りに積層体を配置すること、及び
前記樹脂を、毛細管作用によって、前記孔を囲む積層体内の層間剥離に圧入すること
を含む、方法。
条項１２  取り付け用のセチルアルコール潤滑剤を用いて前記修理システムツールデバイスの前記スリーブを処理することを更に含む、条項１１に記載の方法。
条項１３  上部フランジに当接する上方Ｏリング密封具を用いて前記スリーブを取り囲むことを更に含む、条項１１に記載の方法。
条項１４  前記スリーブ上に下方Ｏリング密封具を組み付けること、
前記スリーブに嵌合フランジを係合させること、及び
樹脂の漏れを回避するために前記嵌合フランジを締めること
を更に含む、条項１３に記載の方法。
条項１５  真空下の損傷した領域を硬化することを更に含む、条項１１に記載の方法。
条項１６  修理された領域からバギングを外すこと、
前記当て板を取り除くこと、及び
前記孔から前記修理システムツールデバイスのスリーブを取り出すこと
を更に含む、条項１５に記載の方法。
条項１７  余分な樹脂を取り除き、最終的な許容範囲の孔サイズを生成するために修理するにつれて、前記孔を広げることを更に含む、条項１６に記載の方法。
条項１８  製作を続けるために前記修理された孔に留め具を取り付けることを更に含む、請求項１７に記載の方法。
条項１９  前記非破壊評価で特定された層間剥離と位置合わせされるようにオリフィスの配列を選択することを更に含む、条項１１に記載の方法。
条項２０  前記選択された配列以外のオリフィスをプラグ埋めすることを更に含む、条項１９に記載の方法。
【００２２】
ここで本開示の様々な実施形態を特許法で要求されるように詳しく説明してきたが、当業者は、本明細書に開示された特定の実施形態への変形例及び代替例を認識するだろう。このような変形例は、下記の請求項に定義された本開示の範囲及び目的に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１０  複合構造物
１２  ドリルビット
１４  層間剥離
１６  損傷した孔
１８  損傷した孔の領域
２０  境界
２２  第１の強度低下曲線ｚ３／Ｈ
２４  強度低下曲線ｚ２／Ｈ
２６  強度低下曲線ｚ１／Ｈ
２８  はめ継ぎ領域
３０  複数の孔
３２  ボンドライン
３０ａ  特定の孔
３０ｂ、３０ｃ  他の孔
３２  はめ継ぎボンドライン
３３  修理システムツールデバイス
３４  スリーブ
３５  上部フランジ
３６  オリフィス
３７  チューブ
３８  プラグ
３９  下部フランジ
４０  修理システムツールデバイス
４２  孔
４４  層間剥離又は亀裂
４４’  亀裂又は層間剥離
４６  スリーブ
４８  上方フランジ
５０  中央ボア
５２  貫通孔
５４  下方フランジ
５６  スレッド
５８  嵌合ねじ付きボア
６０  Ｏリング
６２  当て板
６４  真空バッグ
６６  テープ
６８  真空フィッティング
７０  真空源
７２  修理システムツールデバイス
７４  上方フランジ
７６  スリーブ
７８  端部プレート
８０  樹脂表皮及びバレル
８２  最小クリアランス
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【外国語明細書】
2015212072000001.pdf
2015212072000002.pdf
2015212072000003.pdf
2015212072000004.pdf