(57)【要約】本発明は所定硬度(HＦ)の繊維(3)を含む繊維複合材料(1)の表面(4')を処理する方法及び装置であって、前記繊維複合材料(1)に含まれる前記繊維(3)の硬度(HＦ)よりも低く且つ前記繊維(3)が埋め込まれる前記繊維複合材料(1)におけるプラスチック材料(2)の硬度(HＫ)よりも高い硬度(HＡ)を有する研磨手段(5)による研磨によって前記繊維複合材料(1)の表面(4')が除去される繊維複合材料の表面処理方法及び装置を提供する。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定硬度（ＨＦ）の繊維（３）を含む繊維複合材料（１）の表面を処理する方法であって、
前記繊維複合材料（１）に含まれる前記繊維（３）の硬度（ＨＦ）よりも低く且つ前記繊維（３）が埋め込まれる前記繊維複合材料（１）におけるプラスチック材料（２）の硬度（ＨＫ）よりも高い硬度（ＨＡ）を有する研磨手段（５）による研磨によって前記繊維複合材料（１）の表面（４）が除去され、前記繊維複合材料（１）中の前記繊維（３）が損傷されること無く露出されることを特徴とする繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項２】
前記研磨手段（５）は気体又は液体の流体によって前記繊維複合材料（１）の表面に吹き付けられることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項３】
前記流体は空気又は水によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項４】
前記研磨手段（５）は遠心分離作用によって前記繊維複合材料（１）の表面に投げつけられることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項５】
前記研磨手段（５）は尿素樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項６】
前記研磨手段（５）の硬度（ＨＡ）はモース硬度３から４までの範囲内とされていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項７】
前記繊維複合材料（１）の表面（４）は接着又は塗装の為に下処理されることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項８】
前記研磨手段（５）の粒子（５−ｉ）は０．１０ｍｍから１．８０ｍｍまでの大きさを有していることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項９】
前記研磨手段（５）の粒子（５−ｉ）は０．１０ｍｍから０．５０ｍｍまでの大きさを有していることを特徴とする請求項８に記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項１０】
前記繊維複合材料（１）は炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）又はガラス繊維強化プラスチック材料であることを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項１１】
前記繊維複合材料（１）の処理表面（４’）には前記研磨手段（５）を除去する為に加圧空気が吹き付けられる（Ｓ２）ことを特徴とする請求項１から１０の何れかに記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【請求項１２】
前記繊維複合材料（１）の処理表面（４’）に接着剤が塗布され（Ｓ３）、部品が前記処理表面に押しつけられる（Ｓ４）ことを特徴とする請求項１１に記載の繊維複合材料の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維複合材料、特には炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）の表面を処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機構造体においては繊維複合材料が広く使用されている。前記繊維複合材料とは埋め込まれた繊維によって補強された材料である。ガラス繊維強化プラスチック材料（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック材料（ＣＦＲＰ）及びアラミド繊維強化プラスチック材料（アラミド繊維複合材料、ＡＦＣ）が最も頻繁に使用されている。
【０００３】
炭素繊維強化プラスチック材料に構成部品が接着される際には前記炭素繊維強化プラスチックの表面を処理する必要がある。例えば、エアロフォイルの上側シェル及び下側シェルを接着して完成翼を形成する前に、前記上側シェル及び前記下側シェルの接着表面を十分に下処理する必要がある。
【０００４】
飛行中に大きな荷重に晒される航空機の部位の破損を防止しなければならない。基材の強度よりも弱い強度を有する接着接合は構造体に弱い部分をもたらすことになり得る。
【０００５】
そのような弱点を防止する為に、従来においては、接着が行われる表面は、まず研磨がなされていた。しかしながら、積層された素表面を研磨すると、強度を画する繊維が研磨処理によって損傷する虞がある。
【０００６】
図１Ａ及び１Ｂは、従来の方法で研磨されている繊維複合材料の表面処理を模式的に示している。
【０００７】
図１Ａに示されるように、繊維Ｆ１及びＦ２は、材料の強度を高める為に繊維複合材料中のプラスチック材料Ｋに埋め込まれている。前記複合材料における繊維Ｆは比較的高い硬度を有する一方で、比較的脆性を有するものとされる。図１において視認され得るように、複合材料におけるプラスチック材料に埋め込まれた繊維Ｆは所定のうねりを有している。図１Ａ及び１Ｂに示されるように、複合材料の表面が研磨されると、埋め込まれている繊維の一部、例えば図１Ａ及び１Ｂにおける繊維Ｆ１が分断され得る。一又は複数の繊維の分断は複合材料の強度低下を招く。
【０００８】
このように、繊維複合材料の表面を研磨すると、強度を決定する繊維が研磨処理によって損傷又は分断される。一般的に前記繊維は導電性を有するから、このことは表面抵抗を測定することによって確証される。
【０００９】
ドイツ特許第１０３０２５９４Ａ１には、耐負荷構造体に対する後続する処理の為に、炭素繊維強化プラスチック材料の表面を下処理する方法が提案されており、この方法においては、炭素繊維強化プラスチック材料の表面は尖ったエッジの鋼玉粒子を用いた研磨剤によって処理されている。
【００１０】
しかしながら、この従来の方法は、複合材料の表面処理において、鋼玉粒子がプラスチック材料を取り除くばかりではなく、この処理によって露出される脆弱な繊維にも作用する。従って、この従来の方法も、複合材料における繊維の分断を招く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、繊維複合材料の強度を損なうことなく、前記繊維複合材料の表面の処理を行う方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的は、請求項１に規定された特徴を有する方法によって達成される。
【００１３】
本発明は、所定硬度の繊維を含む繊維複合材料の表面を処理する方法であって、前記繊維複合材料に含まれる前記繊維の硬度よりも低く且つ前記繊維が埋め込まれる前記繊維複合材料におけるプラスチック材料の硬度よりも高い硬度を有する研磨手段によって前記繊維複合材料の表面が除去される繊維複合材料の表面処理方法を提供する。
【００１４】
本発明に係る方法の一形態においては、前記研磨手段は気体流体によって前記繊維複合材料の表面に吹き付けられる。
【００１５】
本発明に係る方法の他の形態においては、前記研磨手段は液体流体によって前記繊維複合材料の表面に吹き付けられる。
【００１６】
本発明に係る方法の一例においては、前記気体流体は空気によって形成される。
【００１７】
本発明に係る方法の一例においては、前記液体流体は水によって形成される。
【００１８】
本発明に係る方法のさらに他の形態においては、前記研磨手段は遠心分離作用を用いて前記繊維複合材料の表面に投げつけられる。
【００１９】
本発明に係る方法の可能性のある一形態においては、前記研磨手段は尿素樹脂によって形成される。
【００２０】
本発明に係る方法の可能性のある一形態においては、前記研磨手段の硬度はモース硬度３から４までの範囲内とされる。
【００２１】
本発明に係る方法においては、好ましくは、前記繊維複合材料の表面に接着の為の下処理が行われる。
【００２２】
本発明に係る方法の可能性のある一形態においては、前記研磨手段の粒子は０．１０ｍｍから１．８０ｍｍまでの大きさを有するものとされる。
【００２３】
本発明に係る方法の可能性のある一形態においては、前記研磨手段の粒子は０．１０ｍｍから０．５０ｍｍまでの大きさを有するものとされる。
【００２４】
本発明に係る方法の可能性にある一形態においては、前記繊維複合材料は炭素繊維強化プラスチック材料とされる。
【００２５】
本発明に係る方法の可能性にある一形態においては、前記繊維複合材料はガラス繊維強化プラスチック材料とされる。
【００２６】
本発明に係る方法の一形態においては、処理後の表面に加圧空気が吹き付けられて使用後の研磨手段が除去される。
【００２７】
本発明に係る方法の一形態においては、前記繊維複合材料の処理表面に接着剤が塗布され、その後に部品が載置される。
【００２８】
本発明は、さらに、所定硬度の繊維を含む繊維複合材料の表面を処理する研磨手段であって、前記繊維複合材料の表面を研磨によって除去し、前記繊維複合材料に含まれる前記繊維の硬度よりも低く且つ前記繊維が埋め込まれる前記繊維複合材料におけるプラスチック材料の硬度よりも高い硬度を有する研磨手段を提供する。
【００２９】
本発明に係る研磨手段の一形態においては、前記研磨手段は尿素樹脂を有する。
【００３０】
本発明に係る研磨手段の一形態においては、前記研磨手段は尖ったエッジを有し且つ不規則な形状を有する粒子を含むものとされる。
【００３１】
本発明に係る研磨手段の一形態においては、前記研磨手段の粒子は０．１０ｍｍから１．８０ｍｍまでの大きさを有するものとされる。
【００３２】
本発明に係る研磨手段の一形態においては、前記研磨手段の粒子は０．１０ｍｍから０．５０ｍｍまでの大きさを有するものとされる。
【００３３】
本発明に係る研磨手段の一形態においては、前記研磨手段はモース硬度３から４までの間の硬度を有するものとされる。
【００３４】
本発明は、さらに、請求項２０に規定された特徴を有する繊維複合材料の表面を処理する装置を提供する。
【００３５】
本発明は、所定硬度の繊維を含む繊維複合材料の表面を処理する装置であって、前記繊維複合材料に含まれる前記繊維の硬度よりも低く且つ前記繊維が埋め込まれる前記繊維複合材料におけるプラスチック材料の硬度よりも高い硬度を有する研磨手段を前記繊維複合材料の表面に向かわせるように構成された繊維複合材料の表面処理装置を提供する。
【００３６】
本発明に係る装置の一形態においては、前記研磨手段は吹き付け手段によって加圧気体流体又は液体流体を利用して前記繊維複合材料の表面に吹き付けられる。
【００３７】
本発明に係る装置の他の形態においては、前記研磨手段は遠心分離手段によって遠心分離作用を利用して前記繊維複合材料の表面に投げつけられる。
【００３８】
本発明に係る装置の一形態においては、前記研磨手段は、前記繊維複合材料に含まれる繊維を損傷させること無く、前記繊維複合材料の表面層を調整可能な深さまで研磨によって剥ぎ取るものとされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】図１Ａは、繊維複合材料の表面を処理する従来の研磨処理を示す為の前記繊維複合材料の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、繊維複合材料の表面を処理する従来の研磨処理を示す為の前記繊維複合材料の断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に係る方法を説明する為の繊維複合材料の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に係る方法を説明する為の繊維複合材料の断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る方法を説明する為の図である。
【図４】図４は、部品を繊維複合材料に接着する為の基本工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、繊維複合材料の表面を処理する為の本発明に係る方法及び装置の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００４１】
図２Ａから明らかなように、本発明に係る方法によって処理されるべき繊維複合材料１は繊維３−１，３−２が埋め込まれたプラスチック材料２を有している。前記繊維３−１，３−２は、前記複合材料に強度を付加する高強度繊維とされている。前記繊維３−１，３−２は、例えば、炭素繊維とされ、例えば、樹脂に含浸される。前記プラスチック材料２又は樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂とされ得る。ポリマーマトリクスを有する繊維複合材料の場合には、前記繊維は樹脂に含浸される。これは、樹脂マット及び繊維マットが交互に配設されて積層体を形成する層体、若しくは、所定の大きさにカットされ且つ高温及び高圧下で金型内において硬化されて部品を製造するプリプレグの何れにおいても実現される。繊維複合材料１の特性は、繊維３−ｉの配置を異ならせることによって変更され得る。図２Ａに示された繊維複合材料１は、また、ガラス繊維強化プラスチック材料ＧＦＲＰ又はアラミド繊維強化プラスチック材料ＡＦＣとされ得る。繊維３−ｉが埋め込まれているプラスチック材料２は特定の硬度ＨＫを有する。前記プラスチック材料２に埋め込まれた繊維３−ｉは、所定の硬度ＨＦを有する。
【００４２】
本発明に係る方法においては、図２Ａに模式的に示されるように、前記繊維複合材料１の表面４上に研磨手段５が吹きつけ又は投げつけられる。前記研磨手段５は大量の粒子５−１〜５−５を含んでいる。前記研磨手段５又は前記研磨手段５の前記粒子５−ｉは前記繊維複合材料１の前記繊維３−ｉが埋め込まれている前記プラスチック材料２の硬度Ｈｋよりも硬い硬度ＨＡを有しているから、前記繊維複合材料１の表面４への粒子５−ｉの衝突によって前記表面４が研磨される。図２Ａ及び２Ｂに示されるように、前記繊維複合材料１の表面は、初期表面４から表面４’まで前記研磨手段５による研磨によって取り除かれる。前記研磨手段５の粒子が前記プラスチック材料２中に埋め込まれている前記繊維３−ｉに到達すると、前記粒子は、図２Ｂに示されるように、前記繊維３−ｉによって跳ね返される。図２Ｂに示されるように、前記研磨手段５の粒子５−３が、前記プラスチック材料２中に埋め込まれている繊維３−ｉの露出部分に衝突する。
【００４３】
本発明に係る方法において、前記繊維複合材料１に含まれる前記繊維３−ｉの硬度ＨＦよりも低い硬度ＨＡの研磨手段５が用いられる。同時に、前記研磨手段５の硬度ＨＡは、前記繊維複合材料１における前記繊維３−ｉが埋め込まれる前記プラスチック材料２の硬度ＨＫよりも高いものとされる。この関係は図３に図示されている。前記研磨手段５の硬度ＨＡはポリマーマトリックスの硬度ＨＫと繊維３の硬度ＨＦの間に範囲内、即ち、
ＨＫ＜ＨＡ＜ＨＦ
とされる。
【００４４】
一形態においては、前記研磨手段５の硬度ＨＡはモース硬度３〜４の範囲内とされる。
【００４５】
前記繊維複合材料１の表面から所定量、例えば、数マイクロメーターだけ除去されると、前記繊維複合材料１の露出表面４’は後続する製造工程、例えば、部品の接着に対して準備完了状態となる。
【００４６】
図４は繊維複合材料１の表面を処理する本発明に係る方法を用いた製造工程を示している。
【００４７】
まず、ステップ１において、前記繊維複合材料１の初期表面４が研磨手段５による研磨によって除去される。この際、前記研磨手段５は、その硬度ＨＡが前記繊維複合材料１に含まれる繊維３の硬度ＨＦよりも低く且つ前記繊維３が埋め込まれる前記繊維複合材料１のプラスチック材料２の硬度ＨＫよりも高いものとされる。前記繊維３は、例えば、炭素繊維とされる。
【００４８】
これに代えて、前記繊維３は、所定硬度のガラス繊維とされ得る。又は、前記繊維３を所定硬度のアラミド繊維とすることも可能である。この際、前記研磨手段５の硬度ＨＡは、前記プラスチック材料２中に埋め込まれる前記繊維３の所定硬度ＨＦに応じて設定される。さらに、前記研磨手段５の硬度ＨＡは、前記プラスチック材料２の所定硬度ＨＫに応じて設定される。
【００４９】
一形態においては、図２Ｂに示される除去されるべき領域Ａの深さ又は量が調整され得る。前記ステップ１における研磨除去が完了すると、ステップ２において、前記繊維複合材料１の処理表面４’に圧縮空気を吹き付けて前記研磨手段を除去する。次のステップ３においては、例えば、前記研磨手段が除去された前記繊維複合材料１の表面４’に接着剤が塗布される。
【００５０】
さらに、ステップ４において、接着剤で覆われた処理表面に固着されるべき部品が押圧される。このステップは高温下で行われ得る。
【００５１】
本発明に係る方法の一形態においては、前記研磨手段５は尿素樹脂によって形成され、粒子５−ｉの大きさは０．１０ｍｍから１．８０ｍｍの範囲内、好ましくは、０．１０ｍｍから０．５０ｍｍの範囲内に設定される。
【００５２】
ステップＳ１において、前記研磨手段５はガス流体を利用して前記繊維複合材料１の表面に吹き付けられ得る。このガス流体は、例えば、空気とされる。
【００５３】
これに代えて、前記研磨手段５を液体の流体を利用して前記繊維複合材料１の表面４に吹き付けることも可能である。この液体の流体としては、例えば、水を用いることができる。
【００５４】
さらなる変形形態においては、前記研磨手段５は遠心分離手段によって前記繊維複合材料の表面に投げつけられる。
【００５５】
図４に示された方法は、繊維複合材料１の表面を処理する為の装置を有する製造装置によって実施され得る。繊維複合材料１の表面４を処理する為の装置は、前記繊維複合材料１の表面４に研磨手段５を導く又は吹き付けるユニットを有する。ここで、前記研磨手段の硬度ＨＡは、前記繊維複合材料１中に含まれる繊維３の硬度ＨＦよりも低く且つ前記繊維複合材料１の前記繊維３が埋め込まれるプラスチック材料２の硬度ＨＫよりも高いものとされる。
【００５６】
一形態においては、前記研磨手段５は前記表面処理装置の貯留部又は収容部に収容される。
【００５７】
本発明に係る表面処理装置の変形形態においては、前記研磨手段５を加圧流体によって前記繊維複合材料１の表面に吹き付ける吹き付け手段が備えられる。この場合において、好ましくは、前記加圧流体の圧力を調整可能とされる。前記流体は、前記表面処理装置の収容部に収容された気体又は液体の流体とされ得る。
【００５８】
他の形態においては、前記表面処理装置は、前記研磨手段５を遠心分離作用を用いて前記繊維複合材料１の表面４に投げつける遠心分離手段を有する。
【００５９】
使用される前記研磨手段５の硬度ＨＡは前記繊維複合材料１の繊維３の硬度ＨＦよりも低い為、前記表面処理装置は、前記繊維複合材料１に含まれる繊維３を損傷すること無く前記材料１の劣化表面を調整可能な深さまで研磨によって取り除くことができる。
【図１Ａ】
2011520624.tif 000003
【図１Ｂ】
2011520624.tif 000004
【図２Ａ】
2011520624.tif 000005
【図２Ｂ】
2011520624.tif 000006
【図３】
2011520624.tif 000007
【図４】
2011520624.tif 000008
【国際調査報告】
2011520624.tif 000009
2011520624.tif 000010
2011520624.tif 000011
2011520624.tif 000012
2011520624.tif 000013
2011520624.tif 000014
2011520624.tif 000015
2011520624.tif 000016
2011520624.tif 000017
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