JP3943912B2

JP3943912B2 - 外板接着方法

Info

Publication number: JP3943912B2
Application number: JP2001354837A
Authority: JP
Inventors: 猛志竹原
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: JP2003154311A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外板接着方法に関し、特に、航空機の外板を所定の内部構造体に固定する際に使用される外板接着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、航空機のバルクヘッドやストリンガなどの所定の内部構造体に外板を固定する際には、リベットによる接合方法（以下、「打鋲法」という）が採用されていた。この打鋲法では、外板や内部構造体に一定間隔で複数の打鋲用孔を穿設し、この打鋲用孔にリベットの軸を挿入し、このリベットの軸端をかしめて接合するという工程を経ている。
【０００３】
近年では、外板が複合材で製造されることが多く、この複合材製の外板に前記したような打鋲用孔を穿設すると、図４（ａ）に示したような葉裂（デラミネーション）１００が発生して外板の強度が低下することがあった。また、硬質であるカーボン複合材製の外板に打鋲用孔を穿設する場合には専用のドリルが必要であるため、工具費が嵩む。さらに、打鋲用孔穿設やかしめの衝撃によって外板内部に亀裂２００が発生することがあり（図４（ｂ）参照）、この亀裂２００の発生防止のためにブラインドリベットを採用する場合には材料費も嵩むこととなっていた。
【０００４】
このような打鋲法を採用した際に発生する問題を解決するために、近年では、接着剤を用いた接合方法（以下、「接着法」という）が採用されている。接着法では、図５（ａ）に示したようなフィルム状接着剤３００や、図５（ｂ）に示したようなペースト状接着剤４００が使用されており、この接着法によれば、打鋲法を採用した場合に発生する荷重伝達時の（リベット近傍における）応力集中の問題をも解消することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した接着法においては、所定の内部構造体５００の接着面上にフィルム状接着剤３００の配置またはペースト状接着剤４００の塗布を行い、その上に外板６００を被せて接着させるため、内部構造体５００と外板６００との接着部に空隙（ボイド）が形成され易い。この空隙内の気泡は、高空の低圧下で膨張して接着強度を低下させてしまうため、接着の際にはこのような空隙を形成しないように熟練した作業技術が必要であった。所定の内部構造体５００の接着面が凹凸を有する場合には、特に高い熟練度を要した。
【０００６】
また、所定の内部構造体５００の接着面が凹凸を有する場合には、接着剤を配置または塗布する前に、接着面の凹んだ部分にあらかじめ板状部材を配置して接着面を平坦にする作業（以下、「シム調整」という）を行う必要があった。このシム調整の態様は内部構造体５００毎に異なるため、スケジュールの立案が困難であり、航空機製造サイクルの遅延をもたらす場合もあった。
【０００７】
本発明の課題は、内部構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのを効果的に防止することができ、作業手順がきわめて簡易な外板接着方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、所定の構造体に外板を接着する方法において、前記外板に接着剤注入孔を設ける孔穿設工程と、前記構造体と前記外板との接着部の周囲に通気性を有するシール材を配置するシール材配置工程と、前記構造体上に前記シール材を介して前記外板を固定する外板配置工程と、前記外板の前記接着剤注入孔から接着剤を注入して前記構造体と前記外板との接着部に接着剤を充填する接着剤充填工程と、前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出工程とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、外板に接着剤注入孔を設ける工程と、構造体と外板との接着部の周囲に通気性を有するシール材を配置する工程と、構造体上にシール材を介して外板を固定する工程と、外板の接着剤注入孔から接着剤を注入して構造体と外板との接着部に接着剤を充填する工程と、接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する工程とを備えるため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、構造体と外板との接着部に残存する空気をシール材から効率的に排出しながら、構造体と外板との接着部に接着剤を確実に充填することができる。従って、構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのを効果的に防止することができる。
【００１０】
また、請求項１記載の発明によれば、空隙形成防止のために熟練した作業技術を要することがなく、作業手順がきわめて簡易である。従って、作業者の技量が未熟な場合においても、外板の接着作業を安心して遂行することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の外板接着方法において、前記充填状態検出工程は、前記接着剤注入孔から接着剤が漏出したか否かによって前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出するものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用効果を奏することができるのに加え、接着剤注入孔から接着剤が漏出したか否かによって接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出工程を備えるため、接着剤注入孔を、接着剤注入手段および充填状態検出手段として機能させることができる。従って、外板に余分な孔や切り欠きを設ける必要がないので、外板の強度を確保することができるとともに、作業上のコストを低減させることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、例えば図１に示すように、所定の構造体に外板を接着する方法において、前記外板に接着剤注入孔および接着剤排出孔を設ける孔穿設工程と、前記構造体と前記外板との接着部の周囲に通気性を有するシール材を配置するシール材配置工程と、前記構造体上に前記シール材を介して前記外板を固定する外板配置工程と、前記外板の前記接着剤注入孔から接着剤を注入して前記構造体と前記外板との接着部に接着剤を充填する接着剤充填工程と、前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出工程とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、外板に接着剤注入孔および接着剤排出孔を設ける工程と、構造体と外板との接着部の周囲に通気性を有するシール材を配置する工程と、構造体上にシール材を介して外板を固定する工程と、外板の接着剤注入孔から接着剤を注入して構造体と外板との接着部に接着剤を充填する工程と、接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する工程とを備えるため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、構造体と外板との接着部に残存する空気を接着剤排出孔から効率的に排出しながら、構造体と外板との接着部に接着剤を確実に充填することができる。従って、構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのを効果的に防止することができる。
また、シール材が通気性を有するものであるため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、構造体と外板との接着部に残存する空気をより効率的に排出することができる。従って、構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのをより確実に防止することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明によれば、空隙形成防止のために熟練した作業技術を要することがなく、作業手順がきわめて簡易である。従って、作業者の技量が未熟な場合においても、外板の接着作業を安心して遂行することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の外板接着方法において、例えば図１に示すように、前記充填状態検出工程は、前記接着剤排出孔から接着剤が漏出したか否かによって前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出するものであることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の作用効果を奏することができるのに加え、接着剤注入孔から注入した接着剤が接着剤排出孔から漏出したか否かによって接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出工程を備えるため、容易かつ正確に充填状態の検出を行うことができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３または４記載の外板接着方法において、前記シール材は、柔軟性を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２、３または４記載の発明の作用効果を奏することができるのに加え、シール材が柔軟性を有するものであるため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、シール材を構造体と外板との隙間を埋めるように変形させることができる。従って、構造体の接着面が凹凸を有する場合にもシム調整が不要となり、作業手順をさらに簡素化することができるとともに、航空機の製造サイクルの迅速化をもたらすことができる。
請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４または５記載の外板接着方法において、前記シール材は、通気性および柔軟性を有するポリウレタンフォームで形成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項１、２、３、４、５または６記載の外板接着方法において、前記シール材は、その一部が両面テープで構成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明によれば、請求項１、２、３、４、５または６記載の発明の作用効果を奏することができるのに加え、シール材の一部が両面テープで構成されるため、構造体に外板を仮固定することができる。従って、外板の接着剤注入孔から接着剤を注入して構造体と外板との接着部に接着剤を充填する際に、外板を構造体に固定するための治具や手間を省くことができる。この結果、作業手順のさらなる簡素化をもたらすことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態においては、バルクヘッドやストリンガ等の航空機の内部構造体１０に外板２０を接着する方法（外板接着方法）について説明する。一般に、広い面積を有する外板２０を内部構造体１０に接着する場合には、外板２０の周辺部や中間部に狭幅の接着部１１が部分的に設けられる。このため、本実施の形態においては、この狭幅の接着部１１とその周辺に関して説明することとする。なお、内部構造体１０や外板２０は、金属、合成樹脂、繊維強化樹脂複合材などの従来から使用されている材料で製造することができる。
【００２４】
まず、図１に示すように、外板２０に接着剤注入孔２１および接着剤排出孔２２を設ける（孔穿設工程）。接着剤注入孔２１は、内部構造体１０と外板２０との接着部１１に接着剤を注入する際に機能するものである。また接着剤排出孔２２は、接着部１１に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出手段として機能するものである。
【００２５】
接着剤注入孔２１および接着剤排出孔２２の大きさや形状は、前記した機能を果たすことができれば特に制限されるものではなく、本実施の形態では双方とも円形状のものとしている（図１参照）。また、接着剤注入孔２１および接着剤排出孔２２が設けられる位置は、前記した機能を果たすことができれば特に制限されるものではなく、本実施の形態では、接着部１１の長さ方向の一方の端部に接着剤注入孔２１を、他方の端部に接着剤排出孔２２を、それぞれ設けている（図１参照）。
【００２６】
次いで、図１に示すように、内部構造体１０と外板２０との接着部１１の周囲に、接着剤を介してシール材３０を配置する（シール材配置工程）。このシール材３０は、接着剤注入孔２１から接着部１１に注入した接着剤が周囲に漏出するのを防止するという機能を果たす。
【００２７】
シール材３０の材料は、前記した機能を果たすものであればいかなるものでもよく、布、ゴム、合成樹脂、発泡合成樹脂など種々の材料から調製することができる。本実施の形態においては、シール材３０として、ポリウレタンフォームを採用している。
【００２８】
次いで、図１に示すように、内部構造体１０上に、シール材３０を介して外板２０を配置し、図示されていない所定の治具で外板２０を内部構造体１０に固定する（外板配置工程）。次いで、外板２０の接着剤注入孔２１から接着剤を注入して接着部１１に接着剤を充填し（接着剤充填工程）、接着部１１に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する（充填状態検出工程）。本実施の形態では、外板２０の接着剤排出孔２２から接着剤が漏出したか否かによって、接着部１１に接着剤が充分に充填されたか否かを検出している。
【００２９】
次いで、接着剤排出孔２２から漏出した接着剤を拭き取り、所定のテープで接着剤注入孔２１および接着剤排出孔２２を塞いだ後、接着部に充填した接着剤を硬化させて接着作業を終了する。
【００３０】
本実施の形態に係る外板接着方法によれば、外板２０に接着剤注入孔２１を設ける工程と、内部構造体１０と外板２０との接着部１１の周囲にシール材３０を配置する工程と、内部構造体１０上にシール材３０を介して外板２０を固定する工程と、外板２０の接着剤注入孔２１から接着剤を注入して接着部１１に接着剤を充填する工程と、接着剤注入孔２１から注入した接着剤が接着剤排出孔２２から漏出したか否かによって接着部１１に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する工程とを備えるため、内部構造体１０と外板２０との接着部１１に残存する空気を接着剤排出孔２１から効率的に排出しながら、内部構造体１０と外板２０との接着部１１に接着剤を確実に充填することができる。従って、内部構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのを効果的に防止することができる。
【００３１】
また、本実施の形態に係る外板接着方法によれば、空隙形成防止のために熟練した作業技術を要することがなく、作業手順がきわめて簡易である。従って、作業者の技量が未熟な場合においても、内部構造体１０への外板２０の接着作業を安心して遂行することができる。
【００３２】
また、本実施の形態に係る外板接着方法によれば、シール材３０として、通気性に優れるポリウレタンフォームを採用しているため、接着剤注入孔２１から接着剤を注入した際に、内部構造体１０と外板２０との接着部１１に残存する空気をより効率的に排出することができる。従って、内部構造体１０と外板２０との接着部１１に空隙が形成されるのをより確実に防止することができる。
【００３３】
さらにまた、本実施の形態に係る外板接着方法によれば、シール材３０として、柔軟性に優れるポリウレタンフォームを採用しているため、接着剤注入孔２１から接着剤を注入した際に、シール材３０を内部構造体１０と外板２０との隙間を埋めるように変形させることができる。従って、内部構造体１０の接着面が凹凸を有する場合にもシム調整が不要となり、作業手順をさらに簡素化することができるとともに、航空機の製造サイクルの迅速化をもたらすことができる。
【００３４】
なお、本実施の形態に係る外板接着方法（本発明方法）を用いた場合の作業コストと、従来の打鋲法（従来法）を用いた場合の作業コストとを比較したグラフを、図２に示した。この図２から明らかなように、本発明方法を用いた場合には、治具／工具費、材料費ともに約４０〜５０％のコストダウンを達成することができ、作業コスト全体として約４０％のコストダウンを達成することができる。
【００３５】
以上の実施の形態では、シール材３０としてポリウレタンフォームを採用したが、このシール材３０の一部（例えば、図１に示した一組の対向した短尺のシール材）を両面テープで構成することもできる。この場合には、内部構造体１０に外板２０を仮固定することができるので、接着剤注入孔２１から接着剤を注入して内部構造体１０と外板２０との接着部１１に接着剤を充填する際に、外板２０を内部構造体１０に固定するための治具や手間を省くことができる。この結果、作業手順のさらなる簡素化をもたらすことができる。
【００３６】
また、図３（ａ）に示すように、外板２０が接着面と反対方向への「反り」を有するために両面テープでの仮固定が不可能である場合には、図示していない両面テープの上からリベット４０を打ち込むことによって、仮固定を確実に行うことができる（図３（ｂ）参照）。なお、このように仮固定にリベット４０を用いることによって、接着部１１に剥がれ（ピール）が発生してもその進行を防止することができる。
【００３７】
また、前記した実施の形態では、外板２０に接着剤注入孔２１と接着剤排出孔２２とを設けたが、接着剤注入孔２１のみを設けて、この接着剤注入孔２１を接着剤注入手段および充填状態検出手段として機能させることもできる。この場合には、充填状態検出工程においては、接着剤注入孔２１から接着剤が漏出したか否かによって、接着部１１に接着剤が充分に充填されたか否かを検出することとする。このように接着剤注入孔２１を接着剤注入手段および充填状態検出手段として機能させる場合には、外板２０に余分な孔や切り欠きを設ける必要がないので、外板２０の強度を確保することができるとともに、作業上のコストを低減させることができる。
【００３８】
また、前記した実施の形態において、接着剤排出孔２２に、ドップラーレーダなどの小型の反射式の距離計測装置を配置すると、接着部１１に注入された接着剤の充填状態を容易に検出することができる。この場合には、距離計測装置で検出した接着剤の充填状態をモニタなどで可視化し、この可視化された情報に応じて接着剤の注入を行うことができるので、接着剤排出孔２２から接着剤が漏出するか否かによって接着剤の充填状態を検出する必要がない。
【００３９】
また、前記した実施の形態において、接着剤排出孔２２に前記した距離計測装置を配置するとともに、接着剤注入孔２１に接着剤の注入量を検出する流量計測装置を配置して接着部１１に充填される接着剤の注入量を測定することによって、次回に同一の作業を行う際に、所要量の接着剤をあらかじめ準備することができる。
【００４０】
また、前記した距離計測装置と流量計測装置とを併用することによって、シール材３０から接着剤が漏出したか否かを検出することができる。例えば、流量計測装置で測定した所要量の接着剤を注入し終えた場合において、接着部１１における接着剤の充填状態が不十分である旨の計測結果が距離計測装置によって示された場合には、シール材３０から接着剤が漏出しているとみなすことができる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、構造体と外板との接着部に残存する空気をシール材から効率的に排出しながら、構造体と外板との接着部に接着剤を確実に充填することができる。従って、構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのを効果的に防止することができる。
【００４２】
また、請求項１記載の発明によれば、空隙形成防止のために熟練した作業技術を要することがなく、作業手順がきわめて簡易である。従って、作業者の技量が未熟な場合においても、外板の接着作業を安心して遂行することができる。
【００４３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果を奏することができるのは勿論のこと、接着剤注入孔から接着剤が漏出したか否かによって接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出するため、接着剤注入孔を接着剤注入手段および充填状態検出手段として機能させることができる。従って、外板に余分な孔や切り欠きを設ける必要がない。この結果、外板の強度を確保することができるとともに、作業上のコストを低減させることができる。
【００４４】
請求項３記載の発明によれば、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、構造体と外板との接着部に残存する空気を接着剤排出孔から効率的に排出しながら、構造体と外板との接着部に接着剤を確実に充填することができる。従って、構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのを効果的に防止することができる。
また、シール材が通気性を有するものであるため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、構造体と外板との接着部に残存する空気をより効率的に排出することができる。従って、構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのをより確実に防止することができる。
【００４５】
また、請求項３記載の発明によれば、空隙形成防止のために熟練した作業技術を要することがなく、作業手順がきわめて簡易である。この結果、作業者が未熟な場合においても、外板の接着作業を安心して遂行することができる。
【００４６】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明の効果を奏することができるのは勿論のこと、接着剤注入孔から注入した接着剤が接着剤排出孔から漏出したか否かによって接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出するため、正確に充填状態の検出を行うことができる。
【００４８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２、３または４記載の発明の効果を奏することができるのは勿論のこと、シール材が柔軟性を有するものであるため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、シール材を構造体と外板との隙間を埋めるように変形させることができる。従って、構造体の接着面が凹凸を有する場合にもシム調整が不要となり、作業手順をさらに簡素化することができるとともに、航空機の製造サイクルの迅速化をもたらすことができる。
請求項６記載の発明によれば、シール材として、通気性を有するポリウレタンフォームを採用しているため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、内部構造体と外板との接着部に残存する空気をより効率的に排出することができる。従って、内部構造体と外板との接着部に空隙が形成されるのをより確実に防止することができる。さらにまた、シール材として、柔軟性を有するポリウレタンフォームを採用しているため、接着剤注入孔から接着剤を注入した際に、シール材を内部構造体と外板との隙間を埋めるように変形させることができる。従って、内部構造体の接着面が凹凸を有する場合にもシム調整が不要となり、作業手順をさらに簡素化することができるとともに、航空機の製造サイクルの迅速化をもたらすことができる。
【００４９】
請求項７記載の発明によれば、請求項１、２、３、４、５または６記載の発明の効果を奏することができるのは勿論のこと、シール材の一部が両面テープで構成されるため、構造体に外板を仮固定することができる。従って、外板の接着剤注入孔から接着剤を注入して構造体と外板との接着部に接着剤を充填する際に、外板を構造体に固定するための治具や手間を省くことができる。この結果、作業手順のさらなる簡素化をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る外板接着方法を説明するための概念図である。
【図２】本実施の形態に係る外板接着方法（本発明方法）を採用した場合の作業コストと、従来の打鋲法（従来法）を採用した場合の作業コストとを比較するための棒グラフである。
【図３】（ａ）は、本実施の形態に係る外板接着方法によって内部構造体に接着される外板が反りを有する場合を示した概念図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した外板をリベットで仮固定した状態を示す概念図である。
【図４】（ａ）は、従来の外板固定方法である打鋲法において、複合材製の外板にドリルで孔を穿設した際に発生した葉裂（デラミネーション）を示した概念図であり、（ｂ）は、従来の外板固定方法である打鋲法において、複合材製の外板内部に発生した亀裂を示した概念図である。
【図５】（ａ）は、従来の外板固定方法である接着法において、フィルム状接着剤を使用した場合の概念図であり、（ｂ）は、従来の外板固定方法である接着法において、ペースト状接着剤を使用した場合の概念図である。
【符号の説明】
１０内部構造体
１１接着部
２０外板
２１接着剤注入孔
２２接着剤排出孔
３０シール材
４０リベット
１００葉裂（デラミネーション）
２００亀裂
３００フィルム状接着剤
４００ペースト状接着剤
５００内部構造体
６００外板

Claims

所定の構造体に外板を接着する方法において、
前記外板に接着剤注入孔を設ける孔穿設工程と、
前記構造体と前記外板との接着部の周囲に通気性を有するシール材を配置するシール材配置工程と、
前記構造体上に前記シール材を介して前記外板を固定する外板配置工程と、
前記外板の前記接着剤注入孔から接着剤を注入して前記構造体と前記外板との接着部に接着剤を充填する接着剤充填工程と、
前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出工程とを備えることを特徴とする外板接着方法。
前記充填状態検出工程は、
前記接着剤注入孔から接着剤が漏出したか否かによって前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出するものであることを特徴とする請求項１記載の外板接着方法。
所定の構造体に外板を接着する方法において、
前記外板に接着剤注入孔および接着剤排出孔を設ける孔穿設工程と、
前記構造体と前記外板との接着部の周囲に通気性を有するシール材を配置するシール材配置工程と、
前記構造体上に前記シール材を介して前記外板を固定する外板配置工程と、
前記外板の前記接着剤注入孔から接着剤を注入して前記構造体と前記外板との接着部に接着剤を充填する接着剤充填工程と、
前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出する充填状態検出工程とを備えることを特徴とする外板接着方法。
前記充填状態検出工程は、
前記接着剤排出孔から接着剤が漏出したか否かによって前記接着部に接着剤が充分に充填されたか否かを検出するものであることを特徴とする請求項３記載の外板接着方法。
前記シール材は、
柔軟性を有することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の外板接着方法。
前記シール材は、
通気性および柔軟性を有するポリウレタンフォームで形成されることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の外板接着方法。
前記シール材は、
その一部が両面テープで構成されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の外板接着方法。