(57)【要約】【課題】締結部品を取りはずすことなく熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材の機械接合部の修理を可能とし、被固定部材の損傷部の効率的な補修方法を提供すること。【解決手段】熱可塑性樹脂を含む材料からなり、締結部品１２０により固定される被固定部材１１０の損傷部の補修方法であって、被固定部材１１０の損傷部を熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱して、損傷部を熱可塑性樹脂の熱溶着により修理すること。【選択図】図３
2016016548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を含む材料からなり、締結部品により他の部材と機械接合される被固定部材の損傷部の補修方法であって、
前記被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により締結力を受ける領域の一部又は全部を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱し、
前記加熱により、前記被固定部材の機械接合部近傍の熱可塑性樹脂を軟化し、
前記被固定部材の機械接合部近傍の損傷部を、前記熱可塑性樹脂の熱溶着により修理することを特徴とする補修方法。
【請求項２】
前記締結部品の一部又は全部を加熱することにより、前記被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により締結力を受ける領域の一部又は全部を加熱することを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項３】
前記被固定部材の機械接合部は、前記被固定部材に設けられた締結孔であり、
前記締結部品は、前記締結孔を貫通して固定される軸状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の補修方法。
【請求項４】
前記被固定部材の機械接合部近傍の少なくとも締結部品により締め付けられている領域の一部又は全部を加熱するとともに、前記締結部品を増し締めすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の補修方法。
【請求項５】
前記締結部品が発熱体であり、通電されることにより発熱し加熱されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の補修方法。
【請求項６】
前記被固定部材と締結部品とが接触する部分の一部又は全部に、前記被固定部材に含まれる熱可塑性樹脂と同一の熱可塑性樹脂からなる充填材が挟持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂を含む材料からなり、締結部品により他の部材と機械接合される被固定部材の損傷部の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、熱可塑性樹脂材料、熱可塑性樹脂複合材料等の熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材を、締結部品により他の部材と機械接合する場合、締結部品による被固定部材の機械接合部近傍（例えば締結孔近傍）に応力が集中し、他の部分と比較して機械接合部近傍に損傷が発生しやすい。
この機械接合部近傍では、安定破壊モードである面圧破壊(締結部品が母材に食い込む形態で破壊する)が起こるように設計されているため、長期使用において損傷が徐々に発生し、接合強度を低下させる。
さらに、多数の損傷が発生して機械接合部近傍で繋がることで、損傷サイズが大きくなり、致命的な破壊に至る可能性もあり、機械接合部の信頼性を確保し使用期間を延ばすためには、損傷を修理することが必要である。
【０００３】
熱可塑性樹脂は加熱により軟化するため、この時に加圧して溶着することで、充分な接合強度が得られる。
したがって、機械接合部近傍の損傷発生領域を加熱、加圧により溶着接合し、損傷が修理できると考えられる。
例えば、加熱したこてを用いて圧力を与え、熱可塑性樹脂で発生した損傷を修理する手法（特許文献１等参照）、電熱線を用いて熱可塑性樹脂を加熱して修理する方法（特許文献２等参照）、金属を高周波誘電加熱によって加熱して修理する方法（特許文献３等参照）、熱可塑性樹脂を加熱し圧力を与えることで修理する方法（特許文献４等参照）等が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８１８３１号公報
【特許文献２】特開２００５−１２５７２３号公報
【特許文献３】特開２００６−１６１４０７号公報
【特許文献４】特表２００１-５０４０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの公知の方法は、損傷部を直接外部から加熱、加圧するものであり、締結部品により機械接合がなされ、締結部品による被固定部材の機械接合部近傍で発生した損傷に適用した場合、損傷部である締結部品の直下及び近傍のみ加熱、加圧することが困難であるという問題点がある。
したがって、損傷部を加熱、加圧するためには、締結部品を取りはずすことが避けられない。
【０００６】
そこで、本発明は前述した課題を解決するものであり、締結部品を取りはずすことなく熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材の機械接合部の修理を可能とし、被固定部材の損傷部の効率的な補修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】
【０００７】
本発明に係る補修方法は、熱可塑性樹脂を含む材料からなり、締結部品により他の部材と機械接合される被固定部材の損傷部の補修方法であって、前記被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により締結力を受ける領域の一部又は全部を、前記熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱し、前記加熱により、前記被固定部材の損傷部近傍の熱可塑性樹脂を軟化し、前記被固定部材の機械接合部近傍の損傷部を、前記熱可塑性樹脂の熱溶着により修理することにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る補修方法によれば、被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により圧力を受ける領域の一部又は全部を、熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱し、加熱により、被固定部材の機械接合部近傍の熱可塑性樹脂を軟化することにより、損傷部が熱溶着され、締結部品を取りはずすことなく、熱可塑性樹脂を含む被固定部材の損傷を修理することが可能となる。
また、締結力を受ける限られた領域のみを加熱することで、与える熱量を調整して損傷部のみを効率的に加熱することが可能となるとともに、損傷部以外への熱の影響を抑制し、効率的に、かつ、確実に強度を保って補修することが可能となる。
さらに、締結部品の締結力が加圧力として作用しているため、加熱と同時に加圧することが可能となり、損傷部が確実に熱溶着されて、熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材を効率的に、確実に補修することが可能となる。
【０００９】
本請求項２に記載の構成によれば、締結部品からの伝熱により損傷部が加熱されるため、損傷部を容易に加熱することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、締結部品が締結孔を貫通して固定される軸状に形成されていることにより、締結部品を加熱することがより容易となり、損傷部へ伝熱もより効果的となるため、さらに効率的に、確実に損傷部が熱溶着されて、熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材を効率的に、確実に補修することが可能となる。
本請求項４に記載の構成によれば、締結部品を増し締めすることにより、補修時に締結部品の締結力が低下するのを補うとともに、損傷部にさらに加圧力を与えることができ、より確実に損傷部が熱溶着されて、熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材を確実に補修することが可能となる。
本請求項５に記載の構成によれば、締結部品が発熱体であり、通電されることにより発熱し加熱されることにより、さらに容易に加熱することができ熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材を容易に補修することが可能となる。
本請求項６に記載の構成によれば、被固定部材と締結部品とが接触する部分の一部又は全部に熱可塑性樹脂からなる充填材が挟持されていることにより、補修する際に損傷部に熱可塑性樹脂を供給することが可能となり、被固定部材に欠損等があった場合でも確実に補修することが可能となる。
また、熱可塑性樹脂からなる充填材がクッション材としても作用するため、損傷そのものを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】機械接合部における損傷の発生の説明図。
【図２】炭素繊維強化樹脂複合材の機械接合部の損傷の参考写真。
【図３】本発明の補修方法の原理の説明図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る補修方法の説明図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る補修方法の変形例の説明図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る補修方法の他の変形例の説明図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る補修方法の説明図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る補修方法の説明図。
【図９】本発明の第３実施形態に係る補修方法の変形例の説明図。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る補修方法の説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る補修方法の変形例の説明図。
【図１２】熱可塑性樹脂を含む材料の他の態様の説明図。
【図１３】熱可塑性樹脂を含む材料のさらに他の態様の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の補修方法は、熱可塑性樹脂を含む材料からなり、締結部品により他の部材と機械接合される被固定部材の損傷部の補修方法であって、被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により締結力を受ける領域の一部又は全部を、熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度に加熱し、加熱により、被固定部材の機械接合部近傍の熱可塑性樹脂を軟化し、被固定部材の機械接合部近傍の損傷部を、熱可塑性樹脂の熱溶着により修理するものであり、締結部品を取りはずすことなく熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材の機械接合部の修理を可能とし、被固定部材の損傷部の効率的な補修方法を提供するものであれば、その具体的な実施態様はいかなるものであっても良い。
【００１２】
締結部品は、ボルトとナット、リベット、ファスナ等、いかなる形状のものであってもよく、材質としては熱伝導性のよい金属製であることが好ましい。
また、被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により締結力を受ける領域の一部又は全部を加熱する手段としては、熱板接触、ヒーター、超音波、赤外線、マイクロ波、電磁誘導等のいかなる手段であってもよい。
さらに、被固定部材又は締結部品を直接発熱させてもよく、被固定部材又は締結部品の外部あるいは内部に設けた他の発熱体によって加熱してもよい。
また、被固定部材の機械接合部近傍の締結部品により締結力を受ける領域を発熱させるための構成部品や、加熱するための他の発熱体は、被固定部材又は締結部品と一体に固着されていてもよく、補修時にのみ接触あるいは接近させてもよい。
また、損傷部の熱可塑性樹脂を軟化点以上に加熱することで熱溶着は可能であるが、欠損部が大きく熱可塑性樹脂の流動を要するような補修を伴う場合は、溶融点以上に上昇させるのが望ましい。
【００１３】
図１に示すように、熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材１１０の締結孔１１１にボルト１２１とナット１２２からなる締結部品１２０を挿通して他の部材との間で締め付けて固定された状態で、締結部品１２０と直交する方向（図示の左右方向）に力Ｆが加わった場合、締結部品１２０に撓みが生じ、被固定部材１１０の締結孔１１１の縁部に大きな力が加わる。
この力によって、締結部品１２０との接触部である締結孔１１１の近傍に様々な損傷が発生する。
例として、図２に、炭素繊維強化樹脂複合材の締結孔（機械接合部）における典型的な破壊形態の断面写真を示す。
この例では、締結孔の近傍に、繊維破断、欠け、層間剥離等の損傷が発生している。
また、図２では明瞭には現れていないが、樹脂割れが発生することもある。
熱可塑性樹脂は加熱・加圧することで融着接合できることが知られており、被固定部材１１０に熱可塑性樹脂が含まれていた場合、図３に示すように、締結部品１２０の近傍を加熱、加圧することにより、損傷を修理することが可能である。
【実施例１】
【００１４】
本発明の第１実施形態に係る補修方法は、図４に示すように、締結部品１２０の両端に電極１２３を接触させて通電し、締結部品１２０自身を発熱させるように構成される。
締結部品１２０からの伝熱で、被固定部材１１０の機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂が軟化し、また、締結部品１２０は、被固定部材１１０に対して所定の力で締め付けられているため、その締め付け圧が加圧力として働き、機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂が熱溶着され、損傷が補修される。
なお、締結部品１２０は、直接電極１２３を接触させず、電磁誘導で締結部品１２０の内部に渦電流を発生させて発熱させてもよい。
【００１５】
また、図５に示すように、締結部品１２０の中心部に、あらかじめマイクロヒータ等の発熱体１３０を埋め込んでおき、発熱体１３０に通電することで発熱させ、締結部品１２０の表面に伝熱して被固定部材１１０の機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂を加熱してもよい。
さらに、図６に示すように、締結部品１２０の露出部にマイクロヒータ等の発熱体１３０を接触させ、発熱体１３０に通電することで発熱させ、締結部品１２０を通じて伝熱して被固定部材１１０の機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂を加熱してもよい。
【実施例２】
【００１６】
本発明の第２実施形態に係る補修方法は、図７に示すように、締結部品１２０を加熱するとともに、締結部品１２０を増し締めするように構成される。
締結部品１２０からの伝熱で、被固定部材１１０の機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂が軟化し、また、締結部品１２０を増し締めすることで加圧を加えて、機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂が熱溶着され、損傷が補修される。
被固定部材１１０の機械接合部の近傍の損傷によって、あるいは、補修時の熱可塑性樹脂の軟化によって当初の締結部品１２０による締め付け圧が充分に得られない場合や、締結部品１２０に緩みが生じている場合でも、締結部品１２０を増し締めすることで、確実に加圧して熱可塑性樹脂を熱溶着し、損傷を確実に補修することができる。
【実施例３】
【００１７】
本発明の第３実施形態に係る補修方法は、図８に示すように、被固定部材１１０の機械接合部の近傍の表面に発熱体１３０を接触させ、直接、被固定部材１１０を加熱して締結部品１２０により締結力を受ける領域を加熱するものである。
この加熱で、被固定部材１１０の機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂が軟化し、また、締結部品１２０は、被固定部材１１０に対して所定の力で締め付けられているため、その締め付け圧が加圧力として働き、機械接合部の近傍の熱可塑性樹脂が熱溶着され、損傷が補修される。
なお、図９に示すように、例えば、電磁波により加熱する加熱手段１３１を、被固定部材１１０の機械接合部の近傍の表面から離れた位置に配置してもよい。
また、前述の第２実施形態と同様に、加熱とともに締結部品１２０を増し締めしてもよい。
【実施例４】
【００１８】
本発明の第４実施形態に係る補修方法は、図１０に示すように、被固定部材１１０の機械接合部と締結部品１２０とが接触する部分に、熱可塑性樹脂材料１４０を設けたものである。
補修時、前述の第１実施形態乃至第４実施形態と同様に加熱することで、被固定部材１１０に欠損等があった場合でも、熱可塑性樹脂材料１４０も軟化して破損部分に進入して補填しつつ、被固定部材１１０の熱可塑性樹脂を熱溶着して確実に補修することが可能となる。
また、熱可塑性樹脂材料１４０がクッション材としても作用するため、損傷そのものを抑制することが可能となる。
熱可塑性樹脂材料１４０は、被固定部材１１０に含まれる熱可塑性樹脂と異なる材質であってもよく、同じ材質であるのが望ましい。
なお、図１１に示すように、熱可塑性樹脂材料１４０を、被固定部材１１０の両表面側まで満たす構成としてもよい。
また、前述の第２実施形態と同様に、加熱とともに締結部品１２０を増し締めしてもよい。
【００１９】
以上述べた、本発明に係る補修方法が適用可能な材料は、図１２に示すような、熱可塑性樹脂の粒子（パーティクル）が含まれる熱硬化性樹脂複合材、図１３に示すような、熱可塑性樹脂層と他の材質層を複層化した複合材、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を混ぜたハイブリッド複合材等、熱可塑性樹脂を含む材料であればいかなるものであってもよい。
また、前述した実施形態では被固定部材１１０の機械接合部が締結孔１１１である例を示したが、機械接合部が溝状であってもよく、機械接合部において締結部品が被固定部材１１０を一定の圧力で両側から挟むものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上のように、本発明に係る補修方法は、締結部品を取りはずすことなく熱可塑性樹脂を含む材料からなる被固定部材の機械接合部の修理を可能とし、被固定部材の損傷部の効率的な補修が可能となり、航空宇宙分野、自動車分野等の輸送機器、及び各種産業分野における修理、メンテナンス作業、様々な分野において応用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１１０  ・・・  被固定部材
１１１  ・・・  締結孔（機械接合部）
１２０  ・・・  締結部品
１２１  ・・・  ボルト
１２２  ・・・  ナット
１２３  ・・・  電極
１３０  ・・・  発熱体
１３１  ・・・  加熱手段
１４０  ・・・  熱可塑性樹脂材料
【図１】
2016016548.tif 000003
【図３】
2016016548.tif 000004
【図４】
2016016548.tif 000005
【図５】
2016016548.tif 000006
【図６】
2016016548.tif 000007
【図７】
2016016548.tif 000008
【図８】
2016016548.tif 000009
【図９】
2016016548.tif 000010
【図１０】
2016016548.tif 000011
【図１１】
2016016548.tif 000012
【図１２】
2016016548.tif 000013
【図１３】
2016016548.tif 000014
【図２】
2016016548.tif 000015