(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂を用いて形成された部材の表面に沿って設けられた耐雷材を修理する方法であって、
前記耐雷材は金属材料からなり、
前記部材において前記耐雷材が欠損した欠損範囲に亘り、金属材料からなる修理材を接着するにあたって、
熱硬化性樹脂が用いられている液状の接着剤と、
前記接着剤を含んで保持し、前記欠損範囲に配置されるシート状の保持体と、を用いるとともに、
前記シート状の保持体を、前記欠損範囲を直接覆うように配置する工程と、
前記シート状の保持体の上に前記修理材を配置する工程と、
前記シート状の保持体に含まれる前記液状の接着剤を、ヒーターマットまたはヒートガンを用いて５０〜８０℃の範囲内で加熱して硬化させる工程と、
を備えることを特徴とする耐雷材の修理方法。
【請求項２】
前記保持体は、
繊維からシート状に成形されたものであり、前記繊維間に前記接着剤を含んで保持する、
ことを特徴とする請求項１に記載の耐雷材の修理方法。
【請求項３】
前記保持体の前記繊維には、ガラス材料が用いられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の耐雷材の修理方法。
【請求項４】
前記欠損範囲の周りに存在する前記耐雷材に、
前記修理材を重ねて接触導通させる、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の耐雷材の修理方法。
【請求項５】
前記部材は、航空機を構成している、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の耐雷材の修理方法。
【請求項６】
繊維強化樹脂を用いて形成された部材であって、
当該部材の表面に沿って設けられる、金属材料からなる耐雷材と、
前記耐雷材が欠損した欠損範囲に配置され、金属材料からなる修理材と、
前記修理材を前記部材に接着する接着剤と、
前記接着剤を含んで保持し、前記欠損範囲を直接覆うように、前記修理材と前記欠損範囲との間に配置されるシート状の保持体と、を備える、
ことを特徴とする耐雷材が設けられた部材。
【請求項７】
前記保持体には、
ガラス材料が用いられる、
ことを特徴とする請求項６に記載の耐雷材が設けられた部材。
【請求項８】
前記部材は、航空機を構成している、
ことを特徴とする請求項６または７に記載の耐雷材が設けられた部材。
【請求項９】
前記修理材および前記シート状の保持体は、前記欠損範囲の形状と同じ形状に形成されており、
前記修理材の外径が前記欠損範囲の内径および前記シート状の保持体の外径よりも大きく、
前記シート状の保持体の前記外径は、前記欠損範囲の前記内径よりも大きく設定されている、
ことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の耐雷材が設けられた部材。
【請求項１０】
前記保持体は、繊維織物，不織布，スポンジ，多孔材の少なくともいずれかである、
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の耐雷材が設けられた部材。
【請求項１１】
前記部材は、航空機の機体を構成するスキンである、
ことを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の耐雷材が設けられた部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機等の部材に設けられた耐雷材の修理に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化樹脂（複合材）から形成された航空機の機体には、耐雷性を付与するため、雷の電流を拡散させる金属部材（以下、耐雷材）が機体の表面に沿って設けられている。
機体が損傷すると、耐雷材を含めて元の状態に復元する修理を行う必要がある。
修理の際は、耐雷材が欠損した範囲に、新しい耐雷材をフィルム状の接着剤により機体に接着している（例えば、特許文献１）。
フィルム状の接着剤は、熱硬化性樹脂から形成されており、使用されるまでは低温に管理される。使用時には、所定の温度に加熱されることで硬化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８２４６７７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
均一な厚みに成形されたフィルム状接着剤は、耐雷材を安定した品質で機体に接着するために便利である。
ここで、耐雷材を機体に接着する接着剤は、高い接着力を長期に亘り保持する必要がある。その要件に適合するフィルム状接着剤の硬化温度は１００℃を超える。したがって、接着剤を硬化させる際に、機体も接着剤と同様の温度にまで加熱される。
吸湿性を有する繊維強化樹脂が１００℃以上に加熱されると、機体の構造部材（例えばスキン）の内部に蓄積された水分が急激に多量に気化し、構造部材の内圧が過大に増加する。それによって構造部材を構成する複数の層の間で剥離等のように破損すれば、修理により二次的に生じた損傷の修理が必要となる。
本発明は、繊維強化樹脂が用いられた部材に内在する水分に起因した損傷発生を回避しつつ、安定した接着品質で、部材に設けられた耐雷材を修理することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、繊維強化樹脂を用いて形成された部材の表面に沿って設けられた耐雷材を修理する方法であって、耐雷材は金属材料からなり、部材において耐雷材が欠損した欠損範囲に亘り、金属材料からなる修理材を接着するにあたって、熱硬化性樹脂が用いられている液状の接着剤と、接着剤を含んで保持し、欠損範囲に配置されるシート状の保持体と、を用いる。
そして、以下の工程を備えることを特徴とする。
・シート状の保持体を、欠損範囲を直接覆うように配置する工程。
・シート状の保持体の上に修理材を配置する工程。
・シート状の保持体に含まれる液状の接着剤を、ヒーターマットまたはヒートガンを用いて５０〜８０℃の範囲内で加熱して硬化させる工程。
【０００６】
本発明によれば、シート状の保持体の位置に、保持体に沿って均一な厚みで液状の接着剤が留められるので、流れ易い液状の接着剤を用いていながら耐雷材を安定した接着品質で修理することができる。つまり、液状の接着剤を用いる場合の接着品質の課題がクリアされるので、フィルム状接着剤と比べて一般に硬化温度が低い液状の接着剤を用いて接着剤硬化時の部材の温度上昇を抑制することができる。温度上昇が抑制されることで、部材に内在する水分の気化による部材の内圧増加が軽減されるので、過大な内圧により部材が損傷することを回避することができる。
【０００７】
本発明における保持体としては、繊維からシート状に成形されたものであり、繊維間に接着剤を含んで保持するものを用いることができる。
繊維からシート状に成形された保持体としては、繊維から織られた織物や、繊維同士が絡み合うように成形された不織布等がある。
【０００８】
また、本発明における保持体の繊維には、無機材料、特にガラス材料が用いられることが好ましい。
保持体は、耐雷材の修理後も、修理材の裏側にそのまま残される。
修理材の裏側に、高い絶縁性を有するガラス材料が用いられた保持体が配置されていると、耐雷材により拡散される雷電流が修理材の裏側へと流れることを保持体により防ぐことができる。つまり、耐雷性が向上する。
【０００９】
本発明において、欠損範囲の周りに存在する耐雷材に、修理材を重ねて接触導通させることが好ましい。
修理材と耐雷材とが互いに重なり合った部分において、両者を十分な接触面積で確実に接触導通させることができるので、両者に亘り雷電流を十分に拡散させることができる。
【００１１】
本発明に係る部材は、繊維強化樹脂を用いて形成された部材であって、当該部材の表面に沿って設けられる、金属材料からなる耐雷材と、耐雷材が欠損した欠損範囲に配置され、耐雷材と同様に金属材料からなる修理材と、修理材を部材に接着する接着剤と、接着剤を含んで保持し、欠損範囲を直接覆うように、修理材と欠損範囲との間に配置されるシート状の保持体と、を備えることを特徴とする。
保持体にガラス材料が用いられていると、耐雷性を向上させることができる。
【００１２】
上述した耐雷材の修理方法、および耐雷材が設けられた部材は、航空機を構成する部材の修理に適合する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、繊維強化樹脂が用いられた部材に内在する水分に起因した損傷発生を回避しつつ、安定した接着品質で、部材に設けられた耐雷材を修理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る耐雷材の初期の状態（ａ）と、損傷後の状態（ｂ）と、修理過程（ｃ）〜（ｅ）とを模式的に示す図である。
【図２】耐雷材の修理に用いる修理材と、保持体とを示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では、航空機の機体を構成するスキン（外板）に設けられた耐雷材の修理について説明する。
図１（ａ）に示すスキン１０は、強化繊維として炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ；carbon fiber reinforced plastic）から形成されている。スキン１０は、必要な厚みに応じた数の層から形成されている。各層は、炭素繊維から形成された繊維基材と、繊維基材に含浸された樹脂とを有している。
【００１６】
アルミニウム合金等の金属材料と比べて導電性が低いＣＦＲＰから形成されたスキン１０に耐雷性を付与するため、スキン１０の表面１０Ａに沿って、金属材料から形成された耐雷材１１が接着されている。
耐雷材１１は、スキン１０に着雷した雷の電流をスキン１０の表面１０Ａに沿って拡散させる。それにより、スキン１０の一部への電流集中によるスキン１０の損傷を防いでいる。また、耐雷材１１への拡散により、スキン１０に配置された金属製のファスナへの電流集中を避けることで、ファスナを流れた電流によりスキン１０の内側でスパークが生じるといったことも防いでいる。
【００１７】
耐雷材１１は、銅合金等の導電性が高い材料から形成された金属メッシュや金属箔である。金属メッシュは、金属板（金属箔を含む）にパンチングしたり、金属板に切れ目を入れて展開したり、金属線材を格子状に構成することでメッシュ状に形成したものである。
【００１８】
耐雷材１１は、図示しないフィルム状の接着剤を用いてスキン１０に接着されている。そのフィルム状の接着剤は、熱硬化性樹脂を含む接着剤がフィルム状に成形されたものであり、使用されるまでは低温に管理されることで樹脂の硬化反応が規制されている。フィルム状の接着剤は、例えば、１２０〜１８０℃程度に加熱されることで硬化する。
【００１９】
耐雷材１１の表面には、塗膜１６が施されている。塗膜１６には、主として塗料を含む層の他に、プライマー層やトップコートが含まれていてもよい。
【００２０】
耐雷材１１が、鳥との衝突や、整備時に何かとぶつかることで損傷したり、あるいは、雷電流が流れて局所的に溶損した場合は、航空機の安全確保のため、耐雷材１１の損傷した部分を除去し、耐雷材１１と同様に構成された修理材１２（図１（ｄ））に置き換える耐雷材１１の修理を行う必要がある。
【００２１】
図１（ｂ）および図２は、スキン１０において損傷により耐雷材１１が欠損した範囲１３を示している。欠損範囲１３に塗膜１６や耐雷材１１が部分的に残っていたとしても、サンディング等により欠損範囲１３内の塗膜１６および耐雷材１１を除去し、全体に亘りスキン１０の表面１０Ａが露出した欠損範囲１３を用意することが好ましい。それにより、修理材１２を表面１０Ａに均一に接着させ易い。
【００２２】
耐雷材１１に損傷を生じさせた衝撃により、あるいは、欠損範囲１３の処理により、塗膜１６の任意の領域も欠損する（図１（ｂ））。
ここでは、欠損範囲１３よりも広範囲に塗膜１６が欠損しており、欠損範囲１３の外周縁１３１と、塗膜１６の内周縁１６１との間で耐雷材１１が露出している。
【００２３】
なお、耐雷材１１だけでなくスキン１０も損傷している場合は、スキン１０の損傷部に図示しない修理パッチを配置し、修理パッチの表面を含む欠損範囲１３に修理材１２を配置して接着する。
【００２４】
欠損範囲１３に亘り配置する修理材１２（図２）は、耐雷材１１と同様の金属材料から、同様の形態（金属メッシュや金属箔等）に形成されることが好ましい。但し、修理材１２に用いる金属材料・形態と耐雷材１１に用いる金属材料・形態とが異なることも許容される。
修理材１２は、欠損範囲１３の形状（ここでは円形）と同じ形状に形成されており、図２に二点鎖線で示す修理材１２の外径が欠損範囲１３の内径よりも大きい。
【００２５】
修理材１２は、液状の接着剤１４（図１（ｃ））を使用し、接着剤１４を加熱により硬化させることで欠損範囲１３の全体に亘り接着される。
液状の接着剤１４は、エポキシ、ポリイミド、ポリウレタン、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂を用いて形成することができる。
接着剤１４は、単一の液から構成されるものに限らず、２つの液を混合することで硬化可能な状態となる二液性接着剤であってもよい。
接着剤１４の硬化に必要な温度（硬化温度）は、１００℃を超えておらず、例えば、５０〜８０℃程度である。
【００２６】
耐雷材１１の接着に用いられるフィルム状接着剤と比べて硬化温度が低い液状の接着剤１４を用いているのは、スキン１０の吸湿性に関係する。スキン１０の内部には、分子レベルの水分が含まれている。特に、航空機の運用後は、スキン１０の内部に水分が蓄積されている。そのため、接着剤１４を硬化させる際にスキン１０が高温に加熱されると、水分の気化が促進されてスキン１０の内圧が増加する。内圧が過大になるとスキン１０が損傷してしまいかねない。
つまり、硬化温度が低い接着剤１４を用いることにより、接着剤１４を硬化させる際のスキン１０の温度上昇を抑制し、水分の気化によりスキン１０の内圧が過大になることを避けることができる。
【００２７】
ここで、粘性が低いために流れ易い液状の接着剤１４を用いていながら、修理材１２を欠損範囲１３に安定した品質で接着するため、接着剤１４を含んで保持する保持体１５（図１（ｃ）、図２）を欠損範囲１３に配置する。
保持体１５は、ガラス繊維から織られた織物であり、接着剤１４をガラス繊維の間に含むことで、接着剤１４をその場に留める。それによって接着剤１４の流出を規制する。
保持体１５は、欠損範囲１３の全体に亘り配置されることが好ましい。本実施形態の保持体１５の外径（図２の一点鎖線で示す）は、欠損範囲１３の内径よりも大きい。
【００２８】
保持体１５は、繊維織物に限らず、不織布やスポンジ等であってもよい。その他にも、接着剤１４を含むことのできる空隙を有する多孔材を保持体１５として用いることができる。
【００２９】
以下、液状の接着剤１４および保持体１５を用いて、修理材１２をスキン１０上の欠損範囲１３に接着する手順について説明する。
まず、接着剤１４に保持体１５を浸し、図１（ｃ）に示すように、保持体１５をスキン１０上の欠損範囲１３に配置する。このとき、保持体１５を欠損範囲１３に同心に配置し、保持体１５の周縁部１５１を欠損範囲１３の周りに存在する耐雷材１１に重ねるとよい。
【００３０】
上記のように接着剤１４に浸した保持体１５を欠損範囲１３に配置する代わりに、欠損範囲１３に配置した保持体１５に接着剤１４を注ぎ、保持体１５の全体に行き渡らせてもよい。
【００３１】
次いで、図１（ｄ）に示すように、接着剤１４を繊維間に含んだ保持体１５の上に修理材１２を配置する。このとき、修理材１２を保持体１５に同心に配置し、保持体１５の周縁部１５１よりも外側で、耐雷材１１に修理材１２を重ねるとよい（図１（ｄ）のＣで示す部分）。
【００３２】
続いて、図示しない熱源により修理材１２を介して接着剤１４を硬化に必要な温度にまで加熱し硬化させる。例えば、修理材１２の表面にヒーターマットを配置し、ヒーターマットから発せられる熱により接着剤１４を均一に加熱する。あるいは、ヒートガン等の熱源を用いて接着剤１４を加熱してもよい。
接着剤１４を十分に硬化させるのに足りる程度に、熱源の出力を設定することにより、熱源から修理材１２や接着剤１４を介して伝えられた熱によるスキン１０の温度上昇が、フィルム状接着剤を硬化させる場合と比べて抑制される。仮に、接着剤１４と同じ温度にスキン１０の温度が上昇したとしても、その温度は１００℃を超えない。そのため、スキン１０に内在する水分が急激に多量に気化せず、スキン１０の内圧が過大となることを避けることができるので、スキン１０が損傷しない。
【００３３】
修理材１２と、スキン１０の表面１０Ａや耐雷材１１との間に気泡ができるのを防ぐために、接着剤１４を加熱硬化させる前と加熱硬化させる間に亘り、図示しないバッグフィルムで修理材１２を覆って真空引きを行うこともできる。
【００３４】
保持体１５の繊維間に保持された接着剤１４は、欠損範囲１３の外側に無制限には流出せずに、欠損範囲１３の外側ににじむ程度に広がる。また、接着剤１４は、保持体１５の厚みの全体に染み込む。
そのため、欠損範囲１３に修理材１２を確実に接着するために十分な量の接着剤１４が確保されるとともに、保持体１５の周縁部１５１およびその外側の修理材１２の周縁部１２１にも、それらを耐雷材１１に接着するための必要量が供給される。保持体１５の周縁部１５１と修理材１２との間にも接着剤１４が供給される。
したがって、接着剤１４が硬化すると、修理材１２が欠損範囲１３およびその周りの耐雷材１１に確実に接着されるとともに、修理材１２の裏側で、保持体１５も、欠損範囲１３およびその周りの耐雷材１１や修理材１２に確実に接着される。
しかも、シート状の保持体１５に沿って均一な厚みで接着剤１４が留められて硬化するので、接着強度を含む接着品質が安定する。
【００３５】
修理材１２とその周りの耐雷材１１とが接着されることで、両者が確実に接触導通される。そうすると両者が一体となって雷電流を拡散させる機能を発揮するので、機体の耐雷性を回復させることができる。
修理材１２と耐雷材１１とが互いに重なり合ったＣ部分（図１（ｄ））において、両者を十分な接触面積でより確実に接触導通させることができる。
なお、接着された修理材１２とその周囲の耐雷材１１とは、連続した平滑面を形成する。
【００３６】
最後に、図１（ｅ）に示すように、塗膜１６が欠損した範囲に亘り、残されていた塗膜１６と連続した塗膜１６Ａを施す。
以上により、耐雷材１１の修理が完了する。
【００３７】
修理材１２と耐雷材１１との間に導電性を有していない接着剤１４を介在させたとしても、修理材１２と耐雷材１１は、真空引き時等の流動により接着材１４が外周部に纏まることなどで部分的に導通が確保されており、、雷電流が修理材１２と耐雷材１１との間で十分に流れるので、接着剤１４は修理材１２と耐雷材１１との間の導通性に実質的な影響を与えない。雷電流が修理材１２と耐雷材１１との間で、それらの導通箇所を通じて十分に流れて拡散する限り、修理材１２と耐雷材１１との間に接着剤１４が介在している場合も含めて、修理材１２と耐雷材１１とが「接触導通」しているものとする。
【００３８】
本実施形態によれば、保持体１５の位置に、保持体１５に沿って均一な厚みで接着剤１４が留められるので、液状の接着剤１４を用いていながら安定した接着品質で修理することができる。そのため、フィルム状接着剤と比べて一般に硬化温度が低い液状の接着剤を採用することが可能となるので、接着剤硬化時のスキン１０の温度上昇を抑制し、接着時の加熱に起因する二次的損傷を回避することができる。
【００３９】
耐雷材１１が修理されたスキン１０には、図１（ｅ）に示すように、保持体１５がそのまま残される。本実施形態の保持体１５には、無機材料であるガラスが用いられている。そのため、保持体１５は、金属材料から形成された耐雷材１１と比べれば勿論のこと、ＣＦＲＰであるスキン１０と比べても導電率が非常に低く、高い絶縁性を有する。
【００４０】
修理材１２の裏側に絶縁性が高い保持体１５が配置されていると、修理材１２および耐雷材１１に拡散される雷電流が修理材１２の裏側へと流れることを保持体１５により防ぐことができる。つまり、耐雷性能が向上する。
ここで、保持体１５が欠損範囲１３の外周縁１３１の外側まで延在していると、保持体１５の周縁部１５１に保持された接着剤１４が修理材１２の周縁部１２１と耐雷材１１との間に行き渡るので、周縁部１２１と耐雷材１１との間を接着剤１４により隙間なく封止することができる。このため、被雷時のスパーク発生の原因となる空隙が周縁部１２１と耐雷材１１との間に生じることを避けることができる。
【００４１】
修理材１２として採用可能な金属メッシュの形態に基づいて、次のことが言える。
まず、金属メッシュには、金属線材を平織や綾織等により格子状に構成したもの（金属細線メッシュ）、金属板に多数の孔を打ち抜いたもの（パンチングメタル）、および金属板に切れ目を入れて展開したもの（エキスパンドメタル）等があるが、それらのいずれも、修理材１２を厚み方向に貫通する開口が修理材１２の全面に亘り配置されている。それらの開口内に接着剤１４が入り込んだり、開口を介して接着剤１４が修理材１２とスキン１０の表面１０Ａや耐雷材１１との接着面とは反対側に回りこむことでアンカー効果が得られるので、接着力を高くすることができる。
また、耐雷性能に係る以下の観点から、修理材１２に金属細線メッシュを用いることが好ましい。
金属細線メッシュを用いると、金属細線同士の交点がその周囲に対して突出することで、修理材１２に多数の小さい山が形成されている。着雷時、雷電流がそれらの山に分散されることにより、被雷の衝撃も分散されるので、修理材１２の損傷を軽減できる。
しかも、修理材１２の周縁部１２１において金属細線メッシュの交点が接着剤１４を突き抜けて耐雷材１１に直に接触することで、修理材１２と耐雷材１１との導通性が向上する。
【００４２】
ところで、保持体１５により保持される液状の接着剤１４として、光硬化性樹脂が用いられた接着剤を用いることもできる。例えば、紫外線硬化性接着剤を挙げることができる。
その場合には、修理材１２に金属メッシュを採用し、金属メッシュの開口を介して光硬化性の接着剤１４に光を照射する。適合する波長の光を照射すると光硬化性接着剤は迅速に硬化する。
光硬化性の接着剤１４を用いることで、修理材１２を接着する際に加熱が不要となる。したがって、接着時の加熱に起因する部材の二次的損傷が生じない。
【００４３】
保持体１５および修理材１２の配置の態様は、上記実施形態には限定されず、種々の態様に改変することができる。
例えば、図３に示す例では、欠損範囲１３内に、欠損範囲１３と同じ大きさに形成された保持体１５が配置されており、欠損範囲１３の外周縁１３１のすぐ近くで修理材１２の周縁部１２１が耐雷材１１に重ねられている。このようにしても、保持体１５の効用により安定した品質で修理材１２をスキン１０に接着でき、修理材１２と耐雷材１１とを確実に接触導通させて雷電流の拡散効果を担保し、さらに保持体１５の絶縁性により耐雷性を向上させることができる。
【００４４】
上記以外にも、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たり、他の構成に適宜変更することが可能である。
接着剤を保持体に留める観点のみからは、本発明における保持体は、絶縁性の材料が用いられたものには限られない。接着剤を含んで保持することのできる限り、保持体を任意の材料から形成することができる。
本発明は、例えば風車の翼等、複合材から形成された構造物一般の修理に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０    スキン（部材）
１０Ａ  表面
１１    耐雷材
１２    修理材
１３    欠損範囲
１４    接着剤
１５    保持体
１６    塗膜
１６Ａ  塗膜
１２１  周縁部
１３１  外周縁
１５１  周縁部
１６１  内周縁
【図１】
0006510216.tif 000002
【図２】
0006510216.tif 000003
【図３】
0006510216.tif 000004