(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材部品の修理作業の効率を向上させる技術の提供。【解決手段】修理対象の複合材部品１０の損傷部位１２を除去して、凹部１４を形成する工程と、凹部１４の内面に沿って、織物又は不織布からなる繊維体１６を配置する工程と、繊維体１６を配置した凹部１４を、繊維強化樹脂複合材料で形成したパッチ１８で塞ぐ工程と、修理対象の複合材部品１０と、パッチとの間の隙間に樹脂２８を注入して、繊維体に樹脂を含浸硬化する工程とを備える繊維強化樹脂複合材料で形成される複合材部品１０の修理方法。【選択図】図２
2017035848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂複合材料で形成される複合材部品の修理方法であって、
修理対象の複合材部品の損傷部位を除去して、凹部を形成する工程と、
前記凹部の内面に沿って、織物または不織布からなる繊維体を配置する工程と、
前記繊維体を配置した凹部を、繊維強化樹脂複合材料で形成したパッチで塞ぐ工程と、
前記修理対象の複合材部品と、前記パッチとの間の隙間に樹脂を注入し、前記繊維体に前記樹脂を含浸硬化する工程と、
を備えることを特徴とする複合材部品の修理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の複合材部品の修理方法であって、
前記凹部を形成する工程は、前記凹部の内面が凹凸状に形成されていることを特徴とする複合材部品の修理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の複合材部品の修理方法からなる工程を含むことを特徴とする複合材部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材部品の修理方法及び複合材部品の製造方法に係り、特に、繊維強化樹脂複合材料で形成される複合材部品の修理方法及び複合材部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用や車両用等の構造部材には、繊維強化樹脂複合材料で形成される複合材部品が用いられている。このような複合材部品は、実機の組み立て中や、実機に適用中に衝撃等を受けて損傷する場合がある。このため、複合材部品の損傷部位を修理することが行われている。特許文献１には、複合材の修理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１００８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複合材部品の修理方法は、特許文献１等に記載されているように、複合材部品の損傷部位を除去し、損傷部位を除去した箇所にフィルム状接着剤を介して修理材を配置し、フィルム状接着剤と修理材とを一体的に同時に硬化させることにより行われている。修理材には、プリプレグを積層した半硬化状態のものや、ドライファブリックに樹脂含浸した未硬化状態のものが用いられている。また、修理材には、損傷除去箇所の形状に合わせて加工した、硬化済の複合材を用いる場合もある。
【０００５】
また、フィルム状接着剤は、ナイロン繊維やガラス繊維等の基布からなる基布層と、基布層の両面に積層される樹脂層と、から構成されている。フィルム状接着剤は、基布層の両面に樹脂層が設けられていることから、樹脂層で拘束されて変形し難く、損傷部位を除去した箇所の形状に馴染み難くい。このため、損傷部位を除去した箇所の形状に沿ってフィルム状接着剤を配置する作業に時間を要し、複合材部品の修理作業の効率が低下する可能性がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、複合材部品の修理作業の効率をより向上させることが可能な複合材部品の修理方法及び複合材部品の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る複合材部品の修理方法は、繊維強化樹脂複合材料で形成される複合材部品の修理方法であって、修理対象の複合材部品の損傷部位を除去して、凹部を形成する工程と、前記凹部の内面に沿って、織物または不織布からなる繊維体を配置する工程と、前記繊維体を配置した凹部を、繊維強化樹脂複合材料で形成したパッチで塞ぐ工程と、前記修理対象の複合材部品と、前記パッチとの間の隙間に樹脂を注入し、前記繊維体に前記樹脂を含浸硬化する工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る複合材部品の修理方法において、前記凹部を形成する工程は、前記凹部の内面が凹凸状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る複合材部品の製造方法は、上記の複合材部品の修理方法からなる工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、修理対象の複合材部品における損傷部位を除去した凹部の内面に沿って織物または不織布からなる繊維体を配置し、繊維体を配置した凹部をパッチで塞ぎ、修理対象の複合材部品と、パッチとの間の隙間に樹脂を注入して、繊維体に樹脂を含浸硬化させることにより複合材部品を修理する。上記構成によれば、繊維体には樹脂層が設けられてないことから、繊維体を容易に変形させて凹部の内面に沿って配置することができるので、複合材部品の修理作業の効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態において、複合材部品の修理方法の構成を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態において、複合材部品の修理方法の各工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、複合材部品の修理方法の構成を示すフローチャートである。図２は、複合材部品の修理方法の各工程を説明するための模式図である。複合材部品の修理方法は、凹部を形成する工程（Ｓ１０）と、繊維体を配置する工程（Ｓ１２）と、パッチで塞ぐ工程（Ｓ１４）と、樹脂を含浸硬化する工程（Ｓ１６）と、を備えている。
【００１３】
凹部を形成する工程（Ｓ１０）は、繊維強化樹脂複合材料で形成される修理対象の複合材部品１０における損傷部位１２を除去して、凹部１４を形成する工程である。
【００１４】
修理対象の複合材部品１０は、繊維強化樹脂複合材料で形成されている。繊維強化樹脂複合材料は、強化繊維と、マトリックス樹脂とから構成されている。強化繊維には、例えば、ＰＡＮ系やピッチ系の炭素繊維、アラミド繊維等の有機繊維、ガラス繊維やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）繊維等のセラミックス繊維が用いられる。マトリックス樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が用いられる。また、繊維強化樹脂複合材料には、１方向強化材（ＵＤ材）、２方向強化材（２Ｄ材）、３方向強化材（３Ｄ材）等を用いることが可能である。
【００１５】
複合材部品は、例えば、航空機用や車両用（例えば、自動車用）等の構造部材等に適用されている。複合材部品は、実機の組み立て中や、実機に適用中に衝撃等を受けると、複合材部品の表面や内部に損傷が生じる場合がある。図２（ａ）は、修理対象の複合材部品１０の構成を示す図である。修理対象の複合材部品１０は、表面亀裂、層間剥離、層内亀裂等の損傷が生じた損傷部位１２を含んでいる。損傷部位１２については、目視観察等による外観検査や、超音波探傷検査、放射線透過検査のような非破壊検査で検出することができる。
【００１６】
まず、修理対象の複合材部品１０における損傷部位１２を除去して、凹部１４を形成する。図２（ｂ）は、修理対象の複合材部品１０に、凹部１４を形成した状態を示す図である。損傷部位１２は、グラインダ等を用いた手加工や、ＮＣ加工機等の加工機により加工して除去される。例えば、修理対象の複合材部品１０が、ＮＣ加工機等の加工機に載置することが難しい大型の複合材部品の場合には、手加工により損傷部位１２が除去される。凹部１４の内面の形状については、スカーフ加工の加工面等のように滑らかな平面状または曲面状であってもよいし、手加工による加工面等のように凹凸状であってもよい。
【００１７】
繊維体を配置する工程（Ｓ１２）は、凹部１４の内面に沿って、織物または不織布からなる繊維体１６を配置する工程である。図２（ｃ）は、凹部１４の内面に沿って、繊維体１６を配置した状態を示す図である。
【００１８】
繊維体１６は、後述する樹脂を含浸硬化する工程（Ｓ１６）で、繊維体１６に樹脂を含浸硬化して形成される接着層の厚みを確保する機能を有している。繊維体１６は、織物または不織布から構成されている。これらの繊維体１６は、繊維と繊維との間に隙間を有しているので、樹脂を含浸させることが可能となる。
【００１９】
繊維体１６は、織物または不織布の単体から構成されており、フィルム状接着剤とは異なり、繊維体１６の両面に樹脂層を有していないことから、樹脂層による拘束がなく、容易に変形可能である。このため、繊維体１６は、凹部１４の内面に沿って馴染み易くなり、繊維体１６を凹部１４の内面に沿って容易に配置することができる。また、損傷部位１２を手加工で除去することにより、凹部１４の内面が凹凸状となる場合でも、繊維体１６を凹部１４の内面の凹凸に沿って容易に配置することが可能となる。更に、繊維体１６は、凹部１４の内面に馴染み易いことから、後述する樹脂を含浸硬化する工程（Ｓ１６）で凹部１４の内面に沿って接着層をより均一に形成することができる。
【００２０】
繊維体１６には、ＰＡＮ系やピッチ系の炭素繊維、アラミド繊維等の有機繊維、ガラス繊維やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）繊維等のセラミックス繊維等からなる織物または不織布を用いることが可能である。織物の形態については、平織、朱子織、綾織等を用いることができる。繊維体１６には、一般的に、繊維強化樹脂複合材料（ＦＲＰ）用として市販されている織物や不織布を適用可能である。繊維体１６には、例えば、（株）日東紡製のＦＲＰ用クロス「ＷＦ３５０  １００  ＢＳ６」（厚さ０．３３ｍｍ）を用いることができる。
【００２１】
パッチで塞ぐ工程（Ｓ１４）は、繊維体１６を配置した凹部１４を、繊維強化樹脂複合材料で形成したパッチ１８で塞ぐ工程である。図２（ｄ）は、繊維体１６を配置した凹部１４を、パッチ１８で塞いだ状態を示す図である。
【００２２】
パッチ１８は、繊維強化樹脂複合材料で形成されている修理材である。パッチ１８を形成する繊維強化樹脂複合材料には、予め硬化して成形したものが用いられる。これにより、パッチ１８は、要求される機械的強度等を満たすことが可能となり品質が向上する。パッチ１８の形成には、一般的な繊維強化樹脂複合材料の成形方法を用いることができる。このような成形方法には、例えば、プリプレグをレイアップした後にオートクレーブ等で硬化して成形する方法や、金型に、織物で形成したプリフォームを入れ、このプリフォームに樹脂含浸して硬化するＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）法等を適用可能である。
【００２３】
パッチ１８は、繊維強化樹脂複合材料の成形後に、繊維体１６を配置した凹部１４に嵌合可能なように、凹部１４と略同じ形状に機械加工して形成される。また、パッチ１８は、繊維体１６を配置した凹部１４に嵌合可能なように、凹部１４と略同じ形状に成形して形成してもよい。
【００２４】
パッチ１８は、修理対象の複合材部品１０と同じ構成からなる繊維強化樹脂複合材料で形成されることが好ましい。より詳細には、パッチ１８と、修理対象の複合材部品１０とは、強化繊維と、マトリックス樹脂と、強化方法とが同じである繊維強化樹脂複合材料で形成されることが好ましい。例えば、修理対象の複合材部品１０を形成する繊維強化樹脂複合材料の強化繊維が炭素繊維からなり、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂からなり、強化方法が２方向強化（２Ｄ材）である場合には、パッチ１８を形成する繊維強化樹脂複合材料の構成もこれと同じであることが好ましい。これにより、パッチ１８の機械強度特性と、修理対象の複合材部品１０の機械強度特性とを略同等することが可能となる。また、パッチ１８と、修理対象の複合材部品１０との間で、熱膨張差等に起因する層間剥離等を抑制することができる。
【００２５】
樹脂を含浸硬化する工程（Ｓ１６）は、修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間の隙間に樹脂を注入して、繊維体１６に樹脂を含浸硬化する工程である。図２（ｅ）は、樹脂の含浸方法を示す図である。修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間の隙間に樹脂を注入して、繊維体１６に樹脂を含浸硬化することにより、繊維体１６に樹脂を含浸硬化して形成される接着層を設けて、パッチ１８を修理対象の複合材部品１０に接着する。
【００２６】
樹脂の含浸方法について、より詳細に説明する。修理対象の複合材部品１０におけるパッチ１８で塞いだ箇所が、真空バックフィルム２０で覆われる。真空バックフィルム２０の周縁部が、リークを防止するためにシーラント２２で修理対象の複合材部品１０に取り付けられる。真空バックフィルム２０は、ナイロン樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム等の樹脂フィルムで形成されている。また、修理対象の複合材部品１０の表面やパッチ１８の表面に、樹脂が付着することを抑制するために、ナイロン繊維等からなるピールプライや、穴あきのフッ素フィルム等からなる離形フィルム（図示せず）を設けるようにしてもよい。
【００２７】
パッチ１８で塞いだ箇所の近傍に、真空排気するための真空排気口２４が設けられる。真空排気口２４は、真空引き用の口金等で構成される。真空排気口２４には、真空ポンプ（図示せず）が接続される。
【００２８】
樹脂注入口２６は、パッチ１８で塞いだ箇所の近傍に設けられる。樹脂注入口２６は、含浸用の液状の樹脂を貯めた樹脂用タンク（図示せず）に接続されている。樹脂用タンク（図示せず）には、含浸用の液状の樹脂を加温して粘度を低下するために、ヒータ等の加熱手段を設けるようにしてもよい。樹脂注入口２６は、パッチ１８で塞いだ箇所を挟んで真空排気口２４と対向する位置に設けられることが好ましい。これにより、修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間の隙間から空気が抜けやすくなるので、繊維体１６に樹脂を含浸硬化して形成される接着層中にボイドが形成されることが抑制される。
【００２９】
真空排気口２４から真空引きを行い、真空バックフィルム２０で覆われたパッチ１８で塞いだ箇所を減圧する。これにより、修理対象の複合材部品１０とパッチ１８との間の隙間が排気されて減圧される。修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間の隙間が減圧された場合でも、凹部１４の内面に沿って繊維体１６が配置されているので、接着層を形成するための空間が確保される。真空排気口２４から真空引きを行いながら、樹脂注入口２６から含浸用の液状の樹脂を注入する。注入された樹脂は、修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間の隙間から入り、繊維体１６に含浸される。
【００３０】
含浸用の樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が用いられる。含浸用の樹脂は、硬化剤、促進剤、粘度調整剤等を含んでいてもよい。含浸用の樹脂には、含浸し易くするために、低粘度型の樹脂を用いることが好ましい。含浸用の樹脂には、（株）三菱化学製のエポキシ樹脂であるｊＥＲ８２５やｊＥＲ８０１等の市販されている樹脂を用いることができる。
【００３１】
含浸用の樹脂には、修理対象の複合材部品１０やパッチ１８を形成する繊維強化樹脂複合材料のマトリックス樹脂と同じ種類の樹脂を用いることが接着性等から好ましい。例えば、修理対象の複合材部品１０やパッチ１８を形成する繊維強化樹脂複合材料のマトリックス樹脂にエポキシ樹脂を用いている場合には、含浸用の樹脂には、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
【００３２】
次に、繊維体１６に含浸させた樹脂を、加熱炉等で加熱して硬化させる。複合材部品１０が加熱炉には入らない大型品であれば、赤外線ヒータやラバーヒータ等により局所加熱しても良い。硬化条件については使用する含浸用の樹脂により相違するが、エポキシ樹脂の場合には、硬化条件は、例えば、硬化温度が１２０℃から２００℃であり、硬化時間が１時間から３時間である。
【００３３】
図２（ｆ）は、繊維体１６に樹脂を含浸硬化した後の状態を示す図である。修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間には、繊維体１６に含浸させた樹脂が硬化した接着層２８が形成されている。修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８とは、この接着層２８により接着されて一体化する。また、接着層２８は、修理対象の複合材部品１０と、パッチ１８との間に略同じ厚みで形成されることから、接着強度のばらつき等が抑えられ接着性が向上する。このようにして、修理対象の複合材部品１０の修理が完了する。
【００３４】
なお、複合材部品の製造方法は、上記構成における複合材部品の修理方法（Ｓ１０からＳ１６）からなる工程を含むようにしてもよい。複合材部品が衝撃等を受けて損傷した場合でも、複合材部品の製造方法は、上記構成における複合材部品の修理方法（Ｓ１０からＳ１６）からなる工程を含むので、複合材部品を容易に製造可能となる。
【００３５】
上記構成における複合材部品の修理方法によれば、修理対象の複合材部品の損傷部位を除去して、凹部を形成する工程と、凹部の内面に沿って、織物または不織布からなる繊維体を配置する工程と、繊維体を配置した凹部を、繊維強化樹脂複合材料で形成したパッチで塞ぐ工程と、修理対象の複合材部品と、パッチとの間の隙間に樹脂を注入して、繊維体に樹脂を含浸硬化する工程と、を備えていることから、繊維体が容易に変形して凹部の内面に馴染み、繊維体を凹部の内面に沿って容易に配置することができる。これにより、複合材部品の修理作業の効率がより向上する。
【００３６】
上記構成における複合材部品の修理方法によれば、手加工により損傷部位が除去されることにより、凹部の内面が凹凸状となる場合でも、繊維体を凹部の内面に沿って容易に配置することができるので、複合材部品の修理作業の効率がより向上する。また、凹部の内面が凹凸状となる場合でも、凹部の内面に沿って繊維体を馴染ませて配置することができるので、繊維体に樹脂を含浸硬化して形成される接着層の厚みが略均一となり、修理対象の複合材部品と、パッチとの接着性が向上する。
【００３７】
複合材部品の製造方法によれば、上記構成における複合材部品の修理方法の工程を備えていることから、複合材部品が衝撃等を受けて損傷した場合でも修理で対応できるので、複合材部品の製造作業を効率良く行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  修理対象の複合材部品、
１２  損傷部位、
１４  凹部、
１６  繊維体、
１８  パッチ、
２０  真空バックフィルム、
２２  シーラント、
２４  真空排気口、
２６  樹脂注入口、
２８  接着層。
【図１】
2017035848.tif 000003
【図２】
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