(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハニカムコアの表裏両面にスキンが配置されたハニカムサンドイッチ構造体の補修方法であって、
損傷した部位を含む前記ハニカムコアを前記スキンとともに除去して補修空隙を形成するステップ（Ａ）と、
補修パッチが接合される側の端面においてその開口が閉塞して平坦化処理された補修ハニカムコアを前記補修空隙に挿入するステップ（Ｂ）と、
平坦化処理された前記補修ハニカムコアの端面に接着剤を介して、樹脂を含み当該樹脂が未硬化状態の前記補修パッチを配置するステップ（Ｃ）と、
前記補修ハニカムコアと前記ハニカムサンドイッチ構造体の既存部分及び前記補修パッチとの接合、並びに、前記補修パッチの前記樹脂の硬化を、加熱を伴う減圧雰囲気下で行なうステップ（Ｄ）と、
を備えることを特徴とするハニカムサンドイッチ構造体の補修方法。
【請求項２】
前記平坦化処理は、
前記補修ハニカムコアの開口を、ステップ（Ｄ）における加熱により軟化しない樹脂で閉塞する、
請求項１に記載のハニカムサンドイッチ構造体の補修方法。
【請求項３】
前記補修パッチが配置される側の前記補修ハニカムコアの前記端面を、未硬化状態の樹脂に浸けて、その後、前記樹脂を硬化させることで、前記補修ハニカムコアの開口を閉塞する、
請求項２に記載のハニカムサンドイッチ構造体の補修方法。
【請求項４】
ハニカムコアの表裏両面にスキンが配置されたハニカムサンドイッチ構造体の補修構造であって、
前記ハニカムコアを前記スキンとともに除去して形成された補修空隙内に、
既存の前記ハニカムコアに対応する前記補修空隙の領域に配置される補修ハニカムコアと、
既存の前記スキンに対応する前記補修空隙の領域に配置される補修パッチと、が接合され、
前記補修パッチが配置される側の前記補修ハニカムコアの端面においてその開口が閉塞して平坦化されていることを特徴とするハニカムサンドイッチ構造体の補修構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、船舶、車両等を構成するのに用いられる繊維強化樹脂を含む構造体の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂を用いた複合構造体として、ハニカムコアの表裏に接合される表側スキンおよび裏側スキンを有するハニカムサンドイッチ構造体が知られている。表側スキンおよび裏側スキンは、各々、繊維強化樹脂からなるシートを積層、硬化して得られるものである。
このサンドイッチ構造体のハニカムコアが損傷したときの補修方法が特許文献１に開示されている。つまり、特許文献１は、損傷した部位のハニカムコアを表側スキン（または裏側スキン）とともに除去して補修空隙を形成した後に、当該空隙に補修ハニカムコアを挿入するとともに、補修ハニカムコアに接着剤を介して補修パッチを載せ、加熱、加圧して補修部分を硬化する、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１３８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した補修方法を採用すると、補修後にスキンとなる補修パッチの内部にボイドが存在することが確認された。ボイドが存在すると、当該補修部分が所望する特性が得られないおそれがある。
そこで本発明は、補修ハニカムコア及び補修パッチを用いてハニカムサンドイッチ構造体を補修する際に、補修パッチからなるスキンにボイドが生ずるのを防止できる補修方法及び補修構造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】
【０００５】
本発明者は、補修パッチに対応するスキンにボイドが生ずる原因を追求したところ、以下のことが明らかになった。
（１）加熱、硬化される前の未硬化状態の補修パッチには、繊維強化樹脂シート間に空気、その他のガス成分が存在している。このガス成分を補修パッチから排除するためには、補修パッチのシート積層方向に相当の圧縮の圧力が付与される必要がある。
（２）ハニカムサンドイッチ構造体を新規に作製する際には、オートクレーブを用いて加熱、加圧できるので、ガス成分を補修パッチから排除するのに十分な圧力を付与できる。しかし、ハニカムサンドイッチ構造体が存在する現地で補修する場合には、補修部分をフィルムバッグで取り囲み、その内部を減圧しながら加熱する必要があるため、付与できる圧力は大気圧が限度になる。
（３）フィルムバッグで取り囲まれた中では、接着剤を介して接する補修ハニカムコアからの反力が補修パッチへの圧力になる。ところが、（補修）ハニカムコアの端面は多数の細孔が開口する凹凸面になっているので、補修パッチは開口部分（凹部分）からほとんど反力を受けることができず、当該端面において圧力のロスが生じる。したがって、付与される圧力が大気圧を限度とする場合には、補修パッチは十分な圧力を得ることができず、ガス成分が十分に抜けきれずにボイドとなって補修後のスキンに残る。
【０００６】
そこで、本発明者は、補修ハニカムコアの端面の開口を塞ぐなどして、補修パッチが接合される補修ハニカムコアの端面を予め平坦面にしてから補修パッチを接合することを趣旨とする以下の本発明を完成するに到った。
すなわち本発明のハニカムサンドイッチ構造体の補修方法は、
損傷した部位を含むハニカムコアをスキンとともに除去して補修空隙を形成するステップ（Ａ）と、
補修パッチが接合される側の端面においてその開口が閉塞して平坦化処理された補修ハニカムコアを補修空隙に挿入するステップ（Ｂ）と、
平坦化処理された補修ハニカムコアの端面に接着剤を介して、樹脂を含み当該樹脂が未硬化状態の補修パッチを配置するステップ（Ｃ）と、
補修ハニカムコアとハニカムサンドイッチ構造体の既存部分及び補修パッチとの接合、並びに、補修パッチの前記樹脂の硬化を、加熱を伴う減圧雰囲気下で行なうステップ（Ｄ）と、
を備えることを特徴としている。
本発明の補修方法によると、補修パッチが配置される側の端面を平坦化処理した補修ハニカムコアを用いるので、補修パッチは補修ハニカムコアからの反力を平坦面からロスなく受けることができる。したがって、大気圧程度の圧力でも、補修パッチからガス成分を十分に放出できるので、ボイドが補修後のスキンに残存するのを防止できる。
【０００７】
本発明の補修方法における平坦化処理として、以下に示す少なくとも２つの手法が現実的である。この中で、開口を接着剤で閉塞する手法（ａ）は、コストの点で手法（ｂ）より優れている。
（ａ）補修ハニカムコアの開口を、ステップ（Ｄ）における加熱により軟化しない樹脂で閉塞する。
（ｂ）補修パッチが配置される側の端面に、補修パッチを構成するのと同等の繊維強化樹脂シートを接合する。
手法（ａ）を実行する際には、補修パッチが配置される側の補修ハニカムコアの端面を、未硬化状態の樹脂に浸けて、その後、樹脂を硬化させることで、補修ハニカムコアの開口を閉塞することが、平坦化処理を簡易に行う上で好ましい。
【０００８】
以上の本発明による補修方法により、以下のハニカムサンドイッチ構造体の補修構造が提供される。つまり、この補修構造は、ハニカムコアをスキンとともに除去して形成された補修空隙内であって、既存のハニカムコアに対応する補修空隙の領域に配置される補修ハニカムコアと、既存のスキンに対応する補修空隙の領域に配置される補修パッチと、が接合され、補修パッチが配置される側の補修ハニカムコアの端面においてその開口が閉塞して平坦化されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、補修パッチが配置される側の端面を平坦化処理した補修ハニカムコアを用いるので、補修パッチは補修ハニカムコアからの反力を平坦面から漏れなく受けることができる。したがって、大気圧程度の圧力でも、補修パッチからガス成分を十分に放出できるので、ボイドが補修後のスキンに残存するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態によるハニカムサンドイッチ構造体の補修手順を示し、（ａ）は補修前の構造体の断面図、（ｂ）は損傷箇所を含む補修対象を除去し、補修空隙が形成された構造体の断面図である。
【図２】図１に続く手順を示し、補修箇所に配置される補修ハニカムコア、補修パッチを構造体に対応して示す断面図である。
【図３】図２に続く手順を示し、補修箇所に補修ハニカムコア、補修パッチを配置し、減圧雰囲気下で加熱する様子を示す断面図である。
【図４】本実施の形態によるハニカムサンドイッチ構造体の補修方法において、補修ハニカムコアの端面を示す図であり、（ａ）は閉塞前の部分平面図、（ｂ）は閉塞後の部分断面図、（ｃ）も閉塞後の部分断面図である。
【図５】補修ハニカムコアの端面の開口を接着剤で閉塞する手順を示す図である。
【図６】補修ハニカムコアの端面の開口を閉塞する他の方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態は、図１に示すように、ハニカムサンドイッチ構造体１０のハニカムコア１１の一部に損傷ｘが生じたために、損傷ｘ及びその周囲を含む対象部位を補修する方法について説明する。
ハニカムサンドイッチ構造体１０は、ハニカムコア１１と、ハニカムコア１１の表裏両面に接合される表側スキン１２及び裏側スキン１３と、から構成される。ハニカムサンドイッチ構造体１０は、軽量のハニカムコア１１と高強度の表側スキン１２及び裏側スキン１３との積層構造を採用することにより、軽量で高強度が要求される航空機部品などによく用いられる。
ハニカムコア１１は、よく知られるように、蜂の巣状に多数の細孔が両端面に開口する形態をなしており、アルミニウム合金や樹脂などで作製される。
表側スキン１２及び裏側スキン１３は、繊維強化樹脂（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）から構成される。強化繊維としては、例えば炭素繊維やガラス繊維などが用いられ、特に炭素繊維を強化繊維として用いたＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）は、その他のＦＲＰと比べて強度と弾性率が高く、かつ耐蝕性に優れる。
ハニカムサンドイッチ構造体１０は、ハニカムコア１１の表裏に表側スキン１２及び裏側スキン１３の前駆体となるプリプレグを樹脂製の接着剤（熱硬化性樹脂）を介して積層する。プリプレグは、未硬化樹脂を含浸させた炭素繊維からなるシート状の部材を複数枚積層したものである。ハニカムコア１１とプリプレグの積層体をオートクレーブの中に入れて、高温高圧で樹脂を硬化させてハニカムサンドイッチ構造体１０は製造される。なお、先にプリプレグのみを積層させて、オートクレーブで硬化させて、その後、ハニカムコア１１の表裏に接着により接合してハニカムサンドイッチ構造体１０を製造してもよい。
【００１２】
［補修空隙形成ステップ］
損傷ｘがあるハニカムサンドイッチ構造体１０を補修する際には、図１（ｂ）に示すように、補修部位を除去し、補修空隙１４を形成する。
補修部位は、切削、研削、その他の周知の機械的な方法を用いて機械的に除去される。ハニカムコア１１が除去されることで形成される補修空隙１４１は円柱形をし、また、表側スキン１２が除去されることで形成される補修空隙１４２は円錐台形をしている。したがって、既存部分である表側スキン１２は、その表面から裏面に向かうのにつれて、その内径が漸次縮小するテーパ形状の開口面を有している。これは、プリプレグ（補修パッチ）との接合界面に応力集中が生じるのを避けるためである。ただし、この補修空隙１４の形状は、本発明の好ましい一形態に過ぎない。
【００１３】
［補修部材挿入ステップ］
補修空隙１４には、図２に示すように、補修ハニカムコア２１、補修パッチ２２が挿入される。補修ハニカムコア２１は、除去されたハニカムコア１１と同等の特性を有するものが用意される。したがって、除去されたものと同一の材質である必要は必ずしもない。また、寸法については、接着剤を補修ハニカムコア２１の周囲に介在させることなどを考慮して定められる。
補修パッチ２２は、繊維強化樹脂のプリプレグからなる。プリプレグについては前述した通りであるが、補修パッチ２２は樹脂（接着剤）が未硬化状態である。補修パッチ２２の材質についても、除去された表側スキン１２と同等の特性を硬化後に備えていれば、特に限定されるものではない。また、補修パッチ２２は、既存部分である表側スキン１２のテーパ形状に対応するテーパ形状を有している。
補修ハニカムコア２１と裏側スキン１３の間にはフィルム状の接着剤２３が配置され、また、補修ハニカムコア２１と補修パッチ２２の間にもフィルム状の接着剤２４が配置される。なお、補修ハニカムコア２１の周囲と既存部分であるハニカムコア１１との間にも接着剤を介在することもできることは言うまでもない。また、これらの接着剤は熱硬化性樹脂からなる。
本実施形態の補修ハニカムコア２１は、フィルム状の接着剤２４を介して補修パッチ２２が載せられる端面３０には平坦化処理が施されているところに特徴があるが、これについては、補修手順を一通り説明した後に言及する。
【００１４】
［加熱・硬化ステップ］
補修ハニカムコア２１及び補修パッチ２２が補修空隙１４に挿入、設置されたなら、図３に示すように、補修空隙１４（補修ハニカムコア２１及び補修パッチ２２）を包囲するのに十分な寸法を有するバッグフィルム２５を、シール材２６を介してその周囲を既存部分である表側スキン１２に接合して、その内部を密封する。
バッグフィルム２５により密閉された領域と連通する真空装置２７が設けられているとともに、補修パッチ２２の全体を覆うようにヒータマット２８を設置する。ヒータマット２８は、内部に電熱線が埋設されており、図示しない外部の電源により加熱される。
【００１５】
真空装置２７を作動することにより、当該領域を真空に引きつつ、ヒータマット２８に電力を供給することで当該領域を加熱する。そうすると、バッグフィルム２５が萎み、補修ハニカムコア２１及び補修パッチ２２には大気圧が作用する。また、補修パッチ２２を構成するプリプレグに含まれる樹脂、フィルム状の接着剤２３，２４は硬化する。ヒータマット２８による加熱を必要な時間だけ継続して補修は終了する。そうすると、補修ハニカムコア２１が既存部分である裏側スキン１３及びハニカムコア１１と接着され、補修パッチ２２が補修ハニカムコア２１及び既存部分である表側スキン１２と接着されることで接合され、補修構造２０がハニカムサンドイッチ構造体１０の中に形成される。
【００１６】
［平坦化処理ステップ］
さて、本実施形態は、前述したように、補修ハニカムコア２１の端面３０に平坦化処理が施されている。
補修ハニカムコア２１（ハニカムコア１１）は、図４（ａ）に示すように、多数の例えば六角形のセル３１が集合した構造を有する。各セル３１には、その軸線方向に貫通する六角形状の細孔３２が形成されており、この細孔３２は補修ハニカムコア２１の端面３０に開口している。前述したように、受けた圧力が開口領域では反力とならずにロスしてしまうので、補修パッチ２２には十分な力が加わらずにガス成分が十分に抜けきれない。そこで、本実施形態は以下説明する平坦化処理を端面３０に施す。
【００１７】
本実施形態における平坦化処理は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、細孔３２の開口を樹脂からなる栓３３で閉塞することで凹凸をなくし、端面３０を平坦面に揃える、というものである。そうすれば、開口領域における反力のロスがなくなるので、補修パッチ２２は端面３０の全域から反力を漏れなく受けることができる。
栓３３は開口を閉塞し平坦面を形成することが目的であり、端面３０から細孔３２の奥のほうまで達している必要はなく、端面３０から５ｍｍ程度の範囲まで閉塞していれば足りる。
【００１８】
細孔３２の開口を栓３３で閉塞するには種々の手法を採用できるが、その中で好ましいものを図５に基づいて説明する。
図５（ａ）に示すように、容器３４に硬化後に栓３３になる樹脂３５を溜めておく。
平坦化処理をしたい端面３０が容器３４に溜められた樹脂３５に対向するように補修ハニカムコア２１を配置した後に（図５（ａ））、当該端面３０の側を樹脂３５に浸ける（図５（ｂ））。
樹脂３５は、細孔３２であることによる毛細管現象も手伝って、開口を通じて細孔３２に容易に充填される。このとき、端面３０を容器３４の底に突き当ててもよいし、底から離してもよい。
なお、樹脂３５は、加熱・硬化ステップにおいて軟化、溶融しないものであれば、熱硬化性樹脂に限らず、紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。
【００１９】
開口を含む細孔３２に樹脂３５が充填されたなら、樹脂３５を硬化させる。硬化が済んだならば、補修ハニカムコア２１を容器３４（樹脂３５）から引き上げることで、細孔３２の開口が栓３３で閉塞された補修ハニカムコア２１が得られる（図５（ｃ））。硬化された樹脂３５からなるバリの除去、あるいは端面３０の整形のために、機械加工を施すことができる。
なお、樹脂３５の硬化処理は、端面３０を樹脂３５に浸けたまま行なってもよいし、補修ハニカムコア２１（端面３０）を樹脂３５から引き上げてから行なってもよい。
【００２０】
栓３３は、図４（ｂ）に示すように端面３０と面一に形成されてもよいし、端面３０を超えて図４（ｃ）に示すように端面３０から突出するように形成されてもよい。図４（ｂ）の形態を得るには端面３０を容器３４の底に突き当てて樹脂３５に浸ければよく、また、図４（ｃ）の形態を得るには端面３０を容器３４の底から離して樹脂３５に浸ければよい。ただし、どちらの形態であっても、本発明の効果に差異はない。もっとも、軽量というハニカムコアの特質を考えると、余分な重量を抑えるために、図４（ｂ）の形態を採用することが好ましい。
【００２１】
［効果］
以上説明したように、本実施形態は、細孔３２の開口を樹脂からなる栓３３で閉塞することで開口領域における反力のロスをなくすことができる。したがって、加熱・硬化ステップにおいて、補修パッチ２２は端面３０の全域から反力を漏れなく受けるので、加わる圧力が大気圧であっても、補修パッチ２２からガス成分を十分に排除してボイドの発生を低減できる。
また、本実施形態は、細孔３２の開口を栓３３で閉塞するのに、樹脂３５に端面３０を浸けてから硬化するという簡易な手法を採用するので、低コストでボイドの発生が低減された補修構造２０を得ることができる。
【００２２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択し、または、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、樹脂３５を細孔３２に充填するには、平坦化処理をしたい端面３０を上向きにしておいて、そこに樹脂３５をムラなく供給してもよいし、細孔３２に挿入可能な形状に整形された栓３３の前駆体樹脂を細孔３２に挿入してもよい。
また、図６に示すように、フィルム状の接着剤３６を介してプリプレグ３７を端面３０に接合することで平坦化処理することもできる。
【符号の説明】
【００２３】
１０   ハニカムサンドイッチ構造体
１１   ハニカムコア
１２   表側スキン
１３   裏側スキン
１４   補修空隙
２０   補修構造
２１   補修ハニカムコア
２２   補修パッチ
２３，２４，３６     接着剤
２５   バッグフィルム
２６   シール材
２７   真空装置
２８   ヒータマット
３０   端面
３１   セル
３２   細孔
３３   栓
３４   容器
３５   樹脂
３７   プリプレグ
【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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