(57)【要約】【課題】接合部分の強度の高い繊維強化樹脂材を得ることのできる繊維強化樹脂積層体の接合方法を提供すること。【解決手段】強化繊維１２を介在させてベース樹脂１１を積層してなる繊維強化樹脂積層体１同士を接合する繊維強化樹脂積層体の接合方法であって、複数の前記繊維強化樹脂積層体の積層方向に直交する方向の端部１３を加熱することで、端部１３において少なくとも一部のベース樹脂層１１同士を離間させる加熱工程と、当該加熱工程によって加熱された複数の繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を当接させることで、一方の端部１３の層間に他方の端部１３の層を介在させて接合する接合工程と、を有することを特徴とする繊維強化樹脂積層体の接合方法。【選択図】図１
2014213540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維を介在させて熱可塑性樹脂を積層してなる繊維強化樹脂積層体同士を接合する繊維強化樹脂積層体の接合方法であって、
複数の前記繊維強化樹脂積層体の積層方向に直交する方向の端部を加熱することで、当該端部において少なくとも一部の層同士を離間させる加熱工程と、
当該加熱工程によって加熱された複数の前記繊維強化樹脂積層体の前記端部同士を当接させることで、一方の端部の層間に他方の端部の層を介在させて接合する接合工程と、を有することを特徴とする繊維強化樹脂積層体の接合方法。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂積層体として、予め成形された繊維強化樹脂積層体を用いることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂積層体の接合方法。
【請求項３】
強化繊維を介在させて熱可塑性樹脂を積層してなる繊維強化樹脂積層体同士を溶接することで管状に成形された繊維強化樹脂成形体であって、
前記繊維強化樹脂積層体同士が溶接されることで形成された溶接部は、前記強化繊維を含んで構成されることを特徴とする繊維強化樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来、軽量且つ高強度の構造部材として、アルミ等の他に繊維強化材料が用いられている。繊維強化材料は、複合材料を繊維で強化したものであり、繊維強化ゴム（ＦＲＲ）、繊維強化金属（ＦＲＭ）、繊維強化セラミックス（ＦＲＣ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が知られている。これらのうち、繊維強化材料として最もよく利用されるＦＲＰは、マトリクス（素地）としてプラスチックを用い、強化材として炭素やガラス等の繊維を用いたものである。ＦＲＰは、軽量、高強度、高弾性率の材料であり、自動車分野、航空分野、宇宙分野等において欠くことができない。
【０００２】
ＦＲＰの一種である繊維強化樹脂積層体の製造方法の一例について、図４を参照して説明する。
まず、ナイロン等からなるベース樹脂１１（マトリクス樹脂）の薄膜を加熱し、柔軟性を持たせる（図４（ａ））。次に、加熱したベース樹脂１１の温度が下がって硬化してしまう前に強化繊維１２をベース樹脂１１の薄膜上に散布する（図４（ｂ））。続いて、強化繊維１２を散布したベース樹脂１１の薄膜を積層して積層体を形成する（図４（ｃ））。最後に、積層体をプレスして冷却することで繊維強化樹脂積層体１が製造される（図４（ｄ））。
【０００３】
ところで、ＦＲＰを、自動車や航空機等の大型の構造物の部材として用いる場合には、大きなサイズのＦＲＰが求められる場合もある。このような場合には、上記のような方法で製造されたＦＲＰを複数接合して、所望のサイズのＦＲＰを製造することができる。ＦＲＰ同士を接合する方法としては、抵抗溶着を利用してＦＲＰ同士を接合する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＦＲＰ同士を抵抗溶着した場合には、ＦＲＰの接合部の樹脂が溶融した後、固化することで接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６８６７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、例えば、図４に示すような方法により製造された繊維強化樹脂積層体１の端部同士を溶接することで接合して繊維強化樹脂材を得た場合、繊維強化樹脂材の接合部分には強化繊維１２がほとんど存在しない。繊維強化樹脂材のうち、強化繊維がほとんど存在していない箇所は、接合部分に応力がかかると破壊してしまう場合がある。
【０００６】
より具体的には、図５に示すように、接合した一対の繊維強化樹脂積層体（繊維強化樹脂材７）の接合部７１は、樹脂のみで構成されている（図５（ａ））。このような、繊維強化樹脂材７においては、図５（ｂ）に示すような、強化繊維１２を含有している樹脂で構成される部分と樹脂のみで構成されている部分（接合部７１）との界面での破壊（界面破壊）や、図５（ｃ）に示すような、樹脂のみで構成されている部分（接合部７１）での破壊（凝集破壊）が発生しやすい。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、接合部分の強度の高い繊維強化樹脂材を得ることのできる繊維強化樹脂積層体の接合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】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、強化繊維（例えば、後述の強化繊維１２）を介在させて熱可塑性樹脂（例えば、後述のベース樹脂１１）を積層してなる繊維強化樹脂積層体（例えば、後述の繊維強化樹脂積層体１）同士を接合する繊維強化樹脂積層体の接合方法であって、複数の前記繊維強化樹脂積層体の積層方向に直交する方向の端部（例えば、後述の端部１３）を加熱することで、当該端部において少なくとも一部の層同士を離間させる加熱工程と、当該加熱工程によって加熱された複数の前記繊維強化樹脂積層体の前記端部同士を当接させることで、一方の端部の層間に他方の端部の層を介在させて接合する接合工程と、を有することを特徴とする繊維強化樹脂積層体の接合方法を提供する。
【０００９】
本発明では、強化繊維を介在させて熱可塑性樹脂を積層してなる繊維強化樹脂積層体同士を接合する方法において、繊維強化樹脂積層体の積層方向に直交する方向の端部を加熱することで、当該端部において少なくとも一部の層同士を離間させる。また、一部の層同士が離間した端部同士を当接させることで一方の端部の層間に他方の端部の層を介在させる。
本発明によれば、繊維強化樹脂積層体の積層方向に直交する方向の端部の少なくとも一部の樹脂層同士が離間していることから、この離間した樹脂層の間では強化繊維が露出する。また、本発明では、一方の端部の樹脂層間に他方の端部の樹脂層が介在するように、繊維強化樹脂積層体同士を接合させるので、繊維強化樹脂積層体同士が接合する部分で強化繊維同士が接触する。これにより、繊維強化樹脂積層体の接合部分にも強化繊維が存在することになり、繊維強化樹脂積層体の接合部分の強度が向上する。
【００１０】
前記繊維強化樹脂積層体として、予め成形された繊維強化樹脂積層体を用いることが好ましい。
【００１１】
本発明では、予め成形された繊維強化樹脂積層体同士を接合する。
本発明によれば、繊維強化樹脂積層体の積層方向に直交する方向の端部を加熱して成形するだけなので、接合する繊維強化樹脂積層体の形状は問われない。従って、予め成形された繊維強化樹脂積層体同士を接合させることが可能であり、予め成形された繊維強化樹脂積層体同士を接合させたとしても、接合部分の強度を十分に向上できる。
【００１２】
また、強化繊維（例えば、後述の強化繊維１２）を介在させて熱可塑性樹脂（例えば、後述のベース樹脂１１）を積層してなる繊維強化樹脂積層体（例えば、後述の繊維強化樹脂積層体１）同士を溶接することで管状に成形された繊維強化樹脂成形体（例えば、後述の繊維強化樹脂成形体３）であって、前記繊維強化樹脂積層体同士が溶接されることで形成された溶接部（例えば、溶接部１５）は、前記強化繊維を含んで構成されることを特徴とする繊維強化樹脂成形体を提供する。
【００１３】
本発明では、強化繊維を介在させて熱可塑性樹脂を積層してなる繊維強化樹脂積層体同士を溶接することで管状に成形された繊維強化樹脂成形体において、溶接部が、強化繊維を含んで構成される。
本発明によれば、管状に成形された繊維強化樹脂成形体であって、繊維強化樹脂積層体同士を接合させた接合部分の強度を十分に向上させた繊維強化樹脂成形体を提供することができる。
また、本発明に係る繊維強化樹脂成形体は、予め成形された繊維強化樹脂積層体同士を、上述の繊維強化樹脂積層体の接合方法によって接合することで、容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接合部分の強度の高い繊維強化樹脂材を得ることのできる繊維強化樹脂積層体の接合方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂積層体の接合方法について示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法について示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形体の製造方法について示す概略図である。
【図４】繊維強化樹脂積層体の製造方法の一例を示す図である。
【図５】従来の繊維強化樹脂積層体の接合方法により接合された繊維強化樹脂積層体同士の接合部分の拡大断面図であって、（ａ）は繊維強化樹脂積層体が接合された状態を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）は繊維強化樹脂積層体同士の接合部分が破壊された状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１７】
＜繊維強化樹脂積層体の接合方法＞
図１は、本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂積層体の接合方法について示す図である。
本実施形態に係る繊維強化樹脂積層体の接合方法は、加熱工程と、接合工程と、を有する。
【００１８】
加熱工程では、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向の端部１３を加熱することで、端部１３において少なくとも一部のベース樹脂層１１同士を離間させる。
【００１９】
本実施形態において用いられる繊維強化樹脂積層体１は、上述した、図４で示す方法により製造される。繊維強化樹脂積層体１は、強化繊維１２を介在させてベース樹脂１１を積層してなる積層体である。ベース樹脂１１は、ナイロン等の熱可塑性樹脂からなる。強化繊維１２はとしては、ガラス繊維や炭素繊維の湾曲した短繊維が挙げられる。強化繊維１２は、主にベース樹脂１１の間に存在するが、繊維強化樹脂積層体１の製造時にベース樹脂１１が加熱されて柔らかくなることで、一部はベース樹脂１１の内部に存在する。
なお、繊維強化樹脂積層体１におけるベース樹脂１１を、ベース樹脂層１１と言う場合がある。
【００２０】
加熱工程では、繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向の端部１３を加熱することでベース樹脂１１を柔軟にし、繊維強化樹脂積層体１の端部１３を積層方向に膨張させる。繊維強化樹脂積層体１を加熱することでベース樹脂層１１が柔らかくなり、湾曲した短繊維である強化繊維１２の内部応力が開放される力によって、端部１３においてベース樹脂層１１同士が離間する（図１（ｂ））。端部１３においてベース樹脂層１１同士が離間することにより、ベース樹脂層１１の積層方向の表面には強化繊維１２が露出する。
【００２１】
繊維強化樹脂積層体１の端部１３を加熱する方法は特に限定されない。繊維強化樹脂積層体１を加熱する方法としては、遠赤外線ヒーターを用いる方法、レーザーにより加熱する方法、端部１３に通電して発熱する方法、高温の物質を端部１３に接触させる方法、等が挙げられる。
【００２２】
接合工程では、加熱工程によって加熱された複数の繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を当接させることで、一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部１３のベース樹脂層１１を介在させて接合する。
【００２３】
上述のように、加熱工程において、端部１３におけるベース樹脂層１１同士が離間するので、一対の繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を当接させることで一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部１３のベース樹脂層１１を介在させることができる（図１（ｃ））。一対の繊維強化樹脂積層体１のうち、一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部１３のベース樹脂層１１を介在させれば、ベース樹脂層１１の積層方向の表面に露出した強化繊維１２同士を接触させることができる。ベース樹脂層１１の積層方向の表面に露出した強化繊維１２同士が接触し、絡み合うことで、繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士が接合した接合部１４の強度が向上する。
【００２４】
接合工程において、繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士が溶接されることで、繊維強化樹脂材が形成される。
接合工程においては、繊維強化樹脂積層体１同士の接合部１４が高温のうちに、ローラーや金型を用いて積層方向の上下から加圧することにより、繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を溶接する。
【００２５】
繊維強化樹脂積層体１同士を溶接して繊維強化樹脂材を形成した後には、繊維強化樹脂材をプレス成形等に供することで、所望の形状に成形してもよい。
【００２６】
＜繊維強化樹脂成形体の製造方法＞
図２及び３は、本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形体を製造する方法について示す図であり、上記実施形態に係る繊維強化樹脂積層体の接合方法を実施するための接合装置の動作について示す図である。図２及び３は、繊維強化樹脂積層体１及びその接合装置１００の断面概略図である。
【００２７】
繊維強化樹脂成形体の製造方法について説明する。
繊維強化樹脂成形体の製造は、接合装置１００を用いて行われる。接合装置１００は、ロボット２１と、ヒーター２２と、ローラー２３と、を備える（図２及び３）。
【００２８】
ロボット２１は、図示しない駆動機構を有し、予め成形された繊維強化樹脂積層体１を把持するとともに、繊維強化樹脂積層体１を移動させる。
ヒーター２２は、ロボット２１によって把持された繊維強化樹脂積層体１の端部１３の近傍に配置される。
ローラー２３は、繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を当接させて形成した接合部１４の上下に配置される。ローラー２３は、図示しない駆動機構を有し、繊維強化樹脂積層体１を積層方向の上下から加圧しつつ、積層方向に直交する方向に移動可能である。
【００２９】
繊維強化樹脂成形体の製造方法では、まず、ロボット２１により、予め成形された繊維強化樹脂積層体１を把持する（図２（ａ））。ここで、予め成形された一対の繊維強化樹脂積層体１を、２台のロボット２１によってそれぞれ把持する。一対の繊維強化樹脂積層体１の積層方向と直交する方向の一方の端部同士及び他方の端部同士は、最終的に接合されることになるので、それぞれが互いに近傍に配置される。
【００３０】
繊維強化樹脂積層体１を予め成形する方法は特に限定されない。繊維強化樹脂積層体１を予め成形する方法としては、加圧成形や折り曲げ成形が挙げられる。
予め成形された繊維強化樹脂積層体１は、ロボットではなく、治具によって把持するようにしてもよい。
【００３１】
続いて、ヒーター２２によって繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向の端部１３を加熱する（図２（ｂ））。端部１３を加熱することで、上述したように、ベース樹脂層１１同士を離間させる。
【００３２】
続いて、ロボット２１を駆動し、加熱された一対の繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を当接させることで、一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部１３のベース樹脂層１１を介在させ接合部１４を形成する（図２（ｃ））。上述したように、一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部１３のベース樹脂層１１を介在させることで、ベース樹脂層１１の積層方向の表面に露出した強化繊維１２同士を接触させることができる。
【００３３】
続いて、一対のローラー２３を、繊維強化樹脂積層体１の端部１３同士を当接させて形成した接合部１４の上下に配置し、接合部１４を加圧する（図３（ａ））。そして、ローラー２３を、接合部１４を上下から加圧させつつ、繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向に移動させることで、接合部１４の厚みを均一にし、接合部１４におけるベース樹脂１１を溶接することで溶接部１５を形成させる（図３（ａ）及び（ｂ））。
【００３４】
接合部１４を積層方向の上下から加圧する方法についてはローラーに限定されることはなく、例えば、金型によって接合部１４を挟んで加圧する方法も用いることができる。
【００３５】
以上のような製造方法によって、管状に成形された繊維強化樹脂成形体３が得られる（図３（ｂ））。
【００３６】
＜繊維強化樹脂成形体＞
本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体３は、上述した繊維強化樹脂積層成形体の製造方法を用いて製造したものである（図３（ｂ））。
本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂成形体３は、強化繊維１２を介在させてベース樹脂１１を積層してなる繊維強化樹脂積層体１同士を溶接することで管状に成形されており、繊維強化樹脂積層体１同士が溶接されることで形成された溶接部１５は、強化繊維１２を含んで構成される。
【００３７】
上記実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態に係る繊維強化樹脂積層体の接合方法では、強化繊維１２を介在させてベース樹脂１１を積層してなる繊維強化樹脂積層体１同士を接合する方法において、繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向の端部１３を加熱することで、端部１３において少なくとも一部のベース樹脂層１１同士を離間させた。また、一部のベース樹脂層１１同士が離間した端部１３同士を当接させることで一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部のベース樹脂層１１を介在させた。
本実施形態によれば、繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向の端部１３の少なくとも一部のベース樹脂層１１同士が離間していることから、この離間したベース樹脂層１１の間では強化繊維１２が露出する。また、本実施形態では、一方の端部１３のベース樹脂層１１間に他方の端部１３のベース樹脂層１１が介在するように、繊維強化樹脂積層体１同士を接合させるので、繊維強化樹脂積層体１同士が接合する部分で強化繊維１２同士が接触する。これにより、繊維強化樹脂積層体１の接合部分にも強化繊維１２が存在することになり、繊維強化樹脂積層体１の接合部分の強度が向上する。
【００３８】
また、本実施形態では、予め成形された繊維強化樹脂積層体１同士を接合させた。
本実施形態によれば、繊維強化樹脂積層体１の積層方向に直交する方向の端部１３を加熱して成形するだけなので、接合する繊維強化樹脂積層体の形状は問われない。従って、予め成形された繊維強化樹脂積層体１同士を接合させることが可能であり、予め成形された繊維強化樹脂積層体１同士を接合させたとしても、接合部分の強度を十分に向上できる。
【００３９】
また、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体では、強化繊維１２を介在させてベース樹脂１１を積層してなる繊維強化樹脂積層体１同士を溶接することで管状に成形された繊維強化樹脂成形体３において、溶接部１５が、強化繊維１２を含んで構成させた。
本実施形態によれば、管状に成形された繊維強化樹脂成形体３であって、繊維強化樹脂積層体１同士を接合させた接合部分の強度を十分に向上させた繊維強化樹脂成形体３を提供することができる。
また、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形体３は、予め成形された繊維強化樹脂積層体１同士を、上述の本実施形態に係る繊維強化樹脂積層体の接合方法によって接合することで、容易に得ることができる。
【００４０】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４１】
１…繊維強化樹脂積層体
３…繊維強化樹脂成形体
１１…ベース樹脂（層）
１２…強化繊維
１３…端部
１５…溶接部
【図１】
2014213540.tif 000003
【図２】
2014213540.tif 000004
【図３】
2014213540.tif 000005
【図４】
2014213540.tif 000006
【図５】
2014213540.tif 000007