(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、
放熱フィンが設けられたヒータマットを前記複合材の修理箇所に当て、前記ヒータマットにより前記複合材を加熱するとともに、前記放熱フィンにより前記修理箇所の中央部の放熱を促す複合材修理方法。
【請求項２】
前記ヒータマットにより前記複合材を加熱するとともに、前記放熱フィンに送風を行なう請求項１に記載の複合材修理方法。
【請求項３】
複合材の損傷部位に積層された修理材を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する複合材修理装置において、前記修理材を加熱するヒータと、前記修理箇所の中央部からの放熱を促す放熱フィンと、を備えた複合材修理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材修理方法及び複合材修理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行機のボディを構成する材質として、樹脂を含浸したカーボン繊維を多数積層し、同時加熱硬化することで一体成型した複合材（炭素強化プラスチック、ＣＦＲＰ）を用いる場合がある。ＣＦＲＰは、引張・圧縮等の力学特性がアルミニウム合金に比べて優れているという特徴を有する。
【特許文献１】特開２００１−１９１４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この複合材が損傷した場合、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａの周囲を円錐状に削り、修理用の複合材（修理材２’）を削った部位に積層する。その後、修理材２’をヒータにより加熱して硬化させる。
【０００４】
このとき、修理材２’（複合材）の樹脂が発熱するため、修理材に温度分布が生じる。修理材強度が要求値を満たすためには、修理材内部の温度分布をある一定温度以内にする必要がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、修理時の修理材温度分布を均一に保ち修理材強度のムラを防ぐことができる複合材修理方法及び複合材修理装置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】
【０００６】
本発明にかかる複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、放熱フィンが設けられたヒータマットを前記複合材の修理箇所に当て、前記ヒータマットにより前記複合材を加熱するとともに、前記放熱フィンにより前記修理箇所の中央部の放熱を促すことを特徴とする。
【０００７】
本構成によれば、放熱フィンにより発熱量の大きい修理材中央部の放熱が促される。この結果、面に沿った方向に均一に修理材が加熱される。
放熱フィンに送風を行なうことで、放熱フィンによる放熱を強制的に促してもよい。
【０００８】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、熱媒流路が設けられたカバーを中央部に備えたヒータマットを、前記複合材の修理箇所に当て、該放熱フィンにより前記複合材を加熱するとともに、前記カバー内に熱媒を循環させることを特徴とする。
【０００９】
シリコンオイルや水を熱媒としてカバー内に循環させることで、面に沿った方向に均一に修理材が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、前記複合材をその片面から加熱するとともに、該加熱箇所を他面側から送風して放熱させることを特徴とする。
【００１１】
下面からの放熱を促進することにより、面に沿った方向に均一に修理材が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、前記複合材の修理箇所を、面に沿った方向の中心部に近い領域ほど低い温度で加熱することを特徴とする。
【００１３】
修理材が発熱する内側ほど低い温度で加熱することで、面に沿った方向に均一に修理材が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、前記複合材の修理箇所を加熱する際に、前記修理箇所の中央部についてヒートパイプを用いて放熱を促すことを特徴とする。
【００１５】
ヒートパイプによって発熱量の大きい修理材中央部の放熱が促されるため、面に沿った方向に均一に修理材が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００１６】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、前記複合材の修理箇所を両面から加熱することを特徴とする。
【００１７】
複合材を両面側から加熱することで、厚さ方向の温度分布を低減する。この結果、均一に修理材が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、前記複合材の修理箇所を加圧した状態で加熱することを特徴とする。
【００１９】
本構成によれば、修理箇所を加圧して熱伝導を高めた状態とすることで、修理材を均一に加熱する。
【００２０】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理方法は、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材を積層すると共に、該修理材を加熱することにより硬化させる複合材修理方法において、前記複合材の修理箇所を加熱する際に、前記修理箇所の中央部についてペルチェ素子を用いて放熱を促すことを特徴とする。
【００２１】
本構成では、制御性の良いペルチェ素子を用いて放熱することで、厚さ方向の温度分布を低減し、均一に修理材が加熱され、修理材強度のムラを防ぐ。
【００２２】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理装置は、複合材の損傷部位に積層された修理材を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する複合材修理装置において、前記修理材を加熱するヒータと、前記修理箇所の中央部からの放熱を促す放熱手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
放熱手段としては、例えば、以下のような構成を採用することができる。
前記修理材を加熱するヒータに対し、前記修理材に対向する面とは逆側の面に、前記放熱手段としての放熱フィンが設けられているものとすることができる。
また、放熱フィンに送風を行なうファンを備えていても良い。
また、放熱手段として、前記複合材に対して前記ヒータによる加熱面とは逆の面に対して送風を行なうファンが設けられているものとすることができる。
また、前記修理材を加熱するヒータに対し、前記修理材に対向する面とは逆側の面に、前記放熱手段としてヒートパイプが設けられているものとすることができる。
ヒートパイプと前記ヒータの間に、前記ヒータ側から前記ヒートパイプ側への熱伝導を促す熱伝導媒体を設けても良い。該熱伝導媒体としては、銅またはアルミ板とすることができる。
また、前記放熱手段として前記修理箇所の放熱を行なうペルチェ素子が設けられているものとすることができる。
【００２４】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理装置は、複合材の損傷部位に積層された修理材を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する複合材修理装置において、前記修理材を加熱するヒータと、前記修理材の温度を均一化する均温化手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、前記修理材を加熱するヒータに対し、前記修理材に対向する面とは逆側の面に、前記均温化手段として熱媒流路が設けられたカバーが設けられているものとすることができる。熱媒としては、シリコンオイル、水等を使用することができる。
【００２６】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理装置は、複合材の損傷部位に積層された修理材を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する複合材修理装置において、面に沿って内側ほど低い温度で前記修理材を加熱するヒータを備えたことを特徴とする。
【００２７】
修理材は効果時に内側ほど発熱量が多くなるため、ヒータによる加熱量を内側ほど少なくすることで、面に沿った方向の温度均一化を図る。
【００２８】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理装置は、複合材の損傷部位に積層された修理材を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する複合材修理装置において、前記修理材を両面側から加熱するヒータを備えたことを特徴とする。
【００２９】
本構成によれば、修理材を両面側から加熱することで、厚さ方向の温度分布を低減する。
【００３０】
また、本発明にかかる複合材修理方法は、複合材修理装置は、複合材の損傷部位に積層された修理材を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する複合材修理装置において、前記修理材を加圧して加熱するヒータを備えたことを特徴とする。
【００３１】
本構成によれば、加圧状態で加熱することで、温度分布を低減する。この場合、加圧した状態を加圧したガスにより形成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、複合材の修理箇所を均一に加熱することができるため、修理箇所の強度ムラを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第一実施形態］
図１に本発明の第一実施形態に係る複合材修理装置１を示した。複合材修理装置１は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。複合材修理装置１は、修理材２’を加熱するヒータマット３と、前記修理箇所の中央部からの放熱を促す放熱手段としての放熱フィン４を備えている。ヒータマット３は平板状であって、その片面が複合材２に対向し、他面側に放熱フィン４が固定されている。
図２に複合材修理装置１の詳細な断面を示した。ヒータマット３と放熱フィン４との間には、保温材５が介装し、さらに放熱フィン４との間にエアバッグ６が設けられ、エアバッグ６の内側が真空引きされることによりヒータマット３が複合材２に密着するようになっている。
なお、図１には図２に示したものと同様にヒータマット３と放熱フィン４との間に保温材５及びエアバッグ６が介在するが、簡便のため図示を省略した。
【００３４】
本複合材修理装置１を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分を加熱することにより修理材２’を硬化させる。
このとき、修理材２’が発熱するが、放熱フィン４の作用により、発熱量の大きい中央部の放熱が促される。この結果、面に沿った方向に均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
なお、本実施形態では、放熱フィン４として図１に示されるように平板状のものを用いているが、これは図３に示されるように棒状のものとしてもよい。また、平板状のものも曲率を持つものであっても、折曲されたものであってもよい。棒状のものも横断面形状が任意の多角形であってもよいし、曲線で構成されていてもよい。
また、中央部の放熱フィン４を周辺部よりも高くしてもよい。することによって冷却効果を高める効果がある。
【００３５】
［第二実施形態］
図４に本発明の第二実施形態に係る複合材修理装置１０を示した。
複合材修理装置１０は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材２を修理する装置である。
複合材修理装置１０は、修理材２’を加熱するヒータマット１３と、前記修理箇所の中央部からの放熱を促す放熱手段としての放熱フィン１４と、放熱フィン１４に送風を行なうファン１５とを備えている。ヒータマット１３は平板状であって、その片面が複合材２に対向し、他側面に放熱フィン１４が固定されている。
なお、図２に示したものと同様にヒータマット１３と放熱フィン１４との間に保温材５及びエアバッグ６が介在するが、図４には図示を省略した。
【００３６】
本複合材修理装置１０を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分をヒータマット１３によって加熱することにより修理材２’を硬化させる。
このとき、修理材２’が発熱するが、放熱フィン１４の作用により、発熱量の大きい中央部の放熱が促される。さらに、ファン１５によって放熱フィン１４に送風を行ない、放熱フィン１４による放熱を強制的に促す。この結果、面に沿った方向に均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００３７】
［第三実施形態］
図５に本発明の第三実施形態に係る複合材修理装置２０を示した。
複合材修理装置２０は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。
複合材修理装置２０は、修理材２’を加熱するとともに前記修理箇所の中央部からの放熱を促す放熱手段としてのシリコンオイルカバー２４とを備えている。シリコンオイルカバー２４内部には熱媒としてシリコンオイルが循環する循環路２５が設けられている。シリコンオイルカバー２４は、修理材２’に対向する面に取り付けられている。
なお、図２に示したものと同様にシリコンオイルカバー２４覆うように保温材５及びエアバッグ６が存在するが、図５には図示を省略した。
【００３８】
本複合材修理装置２０を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分をヒータマット２３によって加熱することにより修理材２’を硬化させる。
このとき、修理材２’が発熱するが、シリコンオイルカバー２４内にシリコンオイルを循環させることで、発熱量の大きい中央部と、発熱量の小さい周縁部との温度が均一化される。この結果、面に沿った方向に均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
なお、熱媒としてシリコンオイルの代わりに水を使用しても良い。
【００３９】
［第四実施形態］
図６に示したように、加熱面とは逆の面に対して送風を行なうファン３５を上記第一〜第三実施形態に組み合わせて設けても良い。本例では、ヒータマットによる加熱の際に、ファン３５により下面からの放熱を促進する。この結果、面に沿った方向に均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００４０】
［第五実施形態］
図７に本発明の第五実施形態に係る複合材修理装置４０を示した。複合材修理装置４０は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。
複合材修理装置４０は、修理材２’を加熱するヒータを３個備えている（符号４１Ａ〜４１Ｃで示す。）。
各ヒータ４１Ａ〜４１Ｃは、複合材２の面に沿って内周から外周へ向けて同心円状に配置されている。内側のヒータほど低い温度で加熱するように構成されている。
なお、図２に示したものと同様に各ヒータ４１Ａ〜４１Ｃの外側に保温材５及びエアバッグ６が設けられているが、図７には図示を省略した。
【００４１】
本複合材修理装置４０を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分をヒータ４１Ａ〜４１Ｃによって加熱することにより修理材２’を硬化させる。
このとき、修理材２’が発熱するが、内側のヒータほど低い温度で加熱するように構成されているため、面に沿った方向に均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００４２】
［第六実施形態］
図８に本発明の第六実施形態に係る複合材修理装置５０を示した。
複合材修理装置５０は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。
複合材修理装置５０は、修理材２’を加熱するヒータマット５１と、前記修理箇所の中央部からの放熱を促す放熱手段としてのヒートパイプ５２とを備えている。ヒータマット５１は平板状であって、その片面が複合材２に対向し、他側面にヒートパイプ５２が固定されている。ヒートパイプ５２とヒータマット５１との間には、ヒータマット５１側からヒートパイプ５２側への熱伝導を促す熱伝導媒体５３が設けられている。熱伝導媒体５３としては、銅またはアルミ板とすることができる。
なお、図２に示したものと同様にヒータマット５１と熱伝導媒体５３との間に保温材５及びエアバッグ６が介在するが、図８には図示を省略した。
【００４３】
本複合材修理装置５０を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分をヒータマット５１によって加熱することにより修理材２’を硬化させる。
このとき、修理材２’が発熱するが、ヒートパイプ５２の作用により、発熱量の大きい中央部の放熱が促される。この結果、面に沿った方向に均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００４４】
［第七実施形態］
図９に本発明の第七実施形態に係る複合材修理装置５５を示した。
複合材修理装置５５は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。複合材修理装置５５は、修理材２’を加熱する一対のヒータマット５６、５７を備える。ヒータマット５６，５７は平板状であって、その間に複合材２が挟まれて加熱されるように構成されている。図２と同様に、ヒータマット５６，５７の外側には、それぞれ保温材５８Ａ、５８Ｂ及びエアバッグ５９Ａ、５９Ｂが設けられている。
【００４５】
本複合材修理装置５５を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分をヒータマット５６，５７によって加熱することにより修理材２’を硬化させる。
このとき、ヒータマット５６，５７により複合材２を両面側から加熱することで、厚さ方向の温度分布を低減することができる。この結果、均一に修理材２’が加熱され、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００４６】
［第八実施形態］
図１０に本発明の第八実施形態に係る複合材修理装置６０を示した。複合材修理装置６０は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。
複合材修理装置６０は、エアバッグ６１と、エアバッグ６１の片面に位置して設けられた加圧容器６２と、加圧容器６２の内部に設けられたヒータ６３及びファン６４とを有する。加圧容器６２の内部には、外部から加圧ガスとし窒素ガスまたはヘリウムガスが導入されるようになっている。
【００４７】
本複合材修理装置１を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材の損傷部位を削り、同部位に修理材２’を積層すると共に、該修理材２’を加熱することにより硬化させる。このとき、加圧容器６２内に加圧ガスを導入して圧力を上昇させた状態でヒータ６３により加熱することにより、熱の輸送効率を高めて修理材２’を均一に加熱する。また、ファン６４によっても加圧容器６２内部の温度を均一化させる。したがって、修理材強度のムラを防ぐことができる。
【００４８】
［第九実施形態］
図１１に本発明の第九実施形態に係る複合材修理装置７０を示した。複合材修理装置７０は、複合材２の損傷部位に積層された修理材２’（図１２参照）を加熱することにより硬化させて該複合材を修理する装置である。複合材修理装置７０は、修理材２’を加熱するヒータマット７１を備える。ヒータマット７１は平板状であって、その片面が複合材２に対向している。図２と同様に、ヒータマット７１の外側には、保温材７１ａ、及びエアバッグ７１ｂが設けられている。また、複合材２からの放熱を促すペルチェ素子７２を備え、ヒータマット７１とペルチェ素子７２との間に複合材２が挟まれるように構成されている。
【００４９】
本複合材修理装置７０を用いた複合材修理方法について説明する。
まず、図１２に示したように、複合材２の損傷部位Ａを削り、そこに修理材２’を積層する。次いで、修理材２’を含む部分をヒータマット７１によって加熱することにより修理材２’を硬化させる。このとき、ヒータマット７１により複合材２の加熱を行なうと共に、複合材２の逆側の面についてペルチェ素子７２を用いて冷却を行なう。この結果、厚さ方向の温度分布を低減し、均一に修理材２’が加熱され、修理材２’強度のムラを防ぐことができる。なお、ペルチェ素子７２をヒータマット７１の（図１２における）上側、すなわちヒータマット７１に対して複合材２とは逆側の側面にペルチェ素子７２を固定しても良い。
【００５０】
なお、上記各実施形態に示した例を適宜組み合わせてもよいのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図２】同複合材修理装置の断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るフィンの別の形態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図５】本発明の第三実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図７】本発明の第五実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図８】本発明の第六実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図９】本発明の第七実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図１０】本発明の第八実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図１１】本発明の第九実施形態に係る複合材修理装置を示した斜視図である。
【図１２】複合材の修理工程について示した図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  複合材修理装置
２  複合材
２’  修理材
３  ヒータマット
６  加圧容器
１０  複合材修理装置
１３  ヒータマット
１４  放熱フィン
１５  ファン
２０  複合材修理装置
２４  シリコンオイルカバー
３５  ファン
４０  複合材修理装置
４１Ａ〜４１Ｃ  ヒータ
５０  複合材修理装置
５１  ヒータマット
５２  ヒートパイプ
５３  熱伝導媒体
５５  複合材修理装置
５６  ヒータマット
５７  ヒータマット
６０  複合材修理装置
６２  加圧容器
６３  ヒータ
６４  ファン
７０  複合材修理装置
７１  ヒータマット
７２  ペルチェ素子
Ａ  損傷部位
【図１】
0005055168.tif 000002
【図２】
0005055168.tif 000003
【図３】
0005055168.tif 000004
【図４】
0005055168.tif 000005
【図５】
0005055168.tif 000006
【図６】
0005055168.tif 000007
【図７】
0005055168.tif 000008
【図８】
0005055168.tif 000009
【図９】
0005055168.tif 000010
【図１０】
0005055168.tif 000011
【図１１】
0005055168.tif 000012
【図１２】
0005055168.tif 000013