(57)【要約】【課題】樹脂含浸繊維同士を熱圧着により接合一体化する接合装置１０において、小型化した熱圧着用の加熱コテ１３を用いながら、接合一体化した樹脂含浸繊維の接合部において高い曲げ性を維持できるようにした、熱圧着用の加熱コテを提供する。【解決手段】熱圧着用の加熱コテ１３は、Ｘ方向に一定のピッチ幅ｄで配列する複数個のコテ先端部１５ａ〜１５ｄを有し、前記コテ先端部はＸ方向に直交するＹ方向では一部のみがｅの距離で重畳するように交互に千鳥状に配列されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂を含む繊維同士を熱圧着により接合するための接合装置で用いる熱圧着用の加熱コテであって、
前記熱圧着用の加熱コテは、Ｘ方向に一定のピッチで配列する複数個のコテ先端部を有し、前記コテ先端部はＸ方向に直交するＹ方向では一部のみが重畳するように交互に千鳥状に配列されていることを特徴とする熱圧着用の加熱コテ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化性樹脂を含む繊維同士を熱圧着により接合するための接合装置で用いる熱圧着用の加熱コテに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスクロスや炭素繊維のような繊維束にエポキシなどの熱硬化性樹脂を含浸させ半硬化状態にした熱硬化性樹脂含浸繊維（以下、樹脂含浸繊維という）は、多くの構造部材の素材として用いられる。通常、樹脂含浸繊維はフィラメントワインディング法やテープワインディング法などによってライナーの外周面に巻き付けられた後、適宜の熱硬化処理が行われる。このような処理において、樹脂含浸繊維同士を連続して接合していく作業が必要となり、例えば、特許文献１に記載のように、熱圧着による接合が一般的に行われている。
【０００３】
樹脂含浸繊維同士の熱圧着時に、圧着部において熱硬化性樹脂が硬化する。広い面積で熱圧着することで、強い接着強度が得られる。しかし、広い面積で接合していると、その領域で硬化した樹脂により、接合部での柔軟性が失われる。そのために、接合処理等の過程で、接合部に大きな曲げモーメントが付加されると、接合部の強度が低下し破断が生じることが起こり得る。このような曲げモーメントの付加は、接合体が径の小さいフリーローラを通過するようなとき等に起こり得る。
【０００４】
熱圧着による接合時に、接合部での柔軟性が喪失するのを回避するための手法が、特許文献２に記載されている。そこでは、接合装置で用いる熱圧着用の加熱コテとして、被接着物と対向する面に、複数個のコテ先端部を一定ピッチで配列した形状の熱圧着用の加熱コテを用いるようにしている。この形状の加熱コテを用いることにより、接合部には、線状の樹脂硬化部と樹脂硬化部との間に、硬化した樹脂が存在しない繊維領域が存在することとなり、賦形性（柔軟性）が阻害されないと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３１５３７号公報
【特許文献２】ＷＯ２００７／０９９８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今日、樹脂含浸繊維同士を、自動で接合一体化することのできる接合装置が用いられており、このような接合装置においても、装置全体をよりコンパクト化することが要請されている。そのためには、そこで用いる熱圧着用の加熱コテの小型化が一つの要件となる。また、当然に、小型化した加熱コテを用いた場合でも、熱圧着により接合一体化した樹脂含浸繊維において、その接合部での高い曲げ性（柔軟性）を維持できることが求められる。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂含浸繊維同士を熱圧着により接合一体化する接合装置において、小型化した熱圧着用の加熱コテを用いながら、接合一体化した樹脂含浸繊維の接合部において高い曲げ性を維持できるようにした、熱圧着用の加熱コテを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による熱圧着用の加熱コテは、熱硬化性樹脂を含む繊維同士を熱圧着により接合するための接合装置で用いる熱圧着用の加熱コテであって、前記熱圧着用の加熱コテは、Ｘ方向に一定のピッチで配列する複数個のコテ先端部を有し、前記コテ先端部はＸ方向に直交するＹ方向では一部のみが重畳するように交互に千鳥状に配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による熱圧着用の加熱コテを備えた接合装置では、熱圧着用の加熱コテを小型化できることから、よりコンパクトな接合装置となる。また、熱圧着用の加熱コテが、Ｘ方向に一定のピッチで並列する複数個のコテ先端部を有し、隣接する前記コテ先端部はＸ方向に直交するＹ方向では一部のみが重畳するように千鳥状に配置されている形状を備えることで、接合一体化された熱硬化性樹脂を含む繊維（樹脂含浸繊維）同士の接合部は高い曲げ性を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による熱圧着用の加熱コテを説明するための模式図。
【図２】本発明による熱圧着用の加熱コテのコテ先端部を説明する図。
【図３】従来の熱圧着用の加熱コテのコテ先端部を説明する図。
【図４】本発明による熱圧着用の加熱コテによって熱圧着されたときの重なり合う樹脂含浸繊維での樹脂硬化領域を説明するための模式図。
【図５】従来の熱圧着用の加熱コテによって熱圧着されたときの重なり合う樹脂含浸繊維での樹脂硬化領域を説明するための模式図。
【図６】実施例と比較例による破断荷重等を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明による熱圧着用の加熱コテを備えた接合装置１０と、該接合装置１０によって熱圧着しようとする２枚の樹脂含浸繊維１、２とを、側方から見て示している。樹脂含浸繊維１、２に特に制限はないが、一例として、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を挙げることができる。また、接合装置１０は、熱圧着用の加熱コテ１３の形状を除いて、従来から使用されている接合装置であってよい。
【００１３】
この例において、接合装置１０は、下方の支持台１１とその上位に位置する加熱押圧手段１２とを備える。加熱押圧手段１２は、前記した熱圧着用の加熱コテ１３と該加熱コテ１３を所要の温度に加熱するためのヒータ１４を備える。加熱押圧手段１２は、図示しない適宜の昇降手段によって、図でＺ軸方向に昇降する。
【００１４】
２枚の樹脂含浸繊維１、２は、共に、図でＸ軸方向に延びる長尺状部材であり、Ｙ軸方向の横幅はａである。樹脂含浸繊維１、２は、その端部同士が重なり合って、積層部３を形成しており、少なくとも該積層部３が前記した支持台１１の上に乗った状態とされている。
【００１５】
加熱押圧手段１２は、適宜の昇降手段によって、図示の上位位置と、支持台１１に向け押し下げられた下位位置とを選択的に取れるようになっており、下位位置では、熱圧着用の加熱コテ１３が、支持台１１上に載置されている樹脂含浸繊維１、２の前記積層部３の領域を押圧するとともに、熱圧着用の加熱コテ１３からの熱によって、樹脂を硬化させる。それにより、２枚の樹脂含浸繊維１、２は、接合一体化される。所要の熱圧着作業を終えた後、加熱押圧手段１２は、原位置である上位位置に復帰する。
【００１６】
この実施の形態において、加熱コテ１３は、その下方部に適数本（図示のものでは４本）のコテ先端部１５ａ〜１５ｄを一体に備えている。図２は、前記加熱コテ１３を下方から見て示しており、図示のように、加熱コテ１３の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａ１は、処理しようとする樹脂含浸繊維１、２の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａと等しいか、横幅ａより広い。
【００１７】
各コテ先端部１５ａ〜１５ｄの底面形状はすべて同じ形状であり、ここでは、Ｘ軸方向の幅ｂ、Ｙ軸方向の幅ｃの矩形状である。また、４つのコテ先端部１５ａ〜１５ｄは、Ｘ軸方向に一定のピッチ幅ｄで配列している。さらに、各コテ先端部１５ａ〜１５ｄは、Ｘ方向に直交するＹ方向では、Ｙ軸方向での位置をずらすことで千鳥状に配列しており、図示のように、加熱コテ１３の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａ１の中央部において、距離ｅの重畳部が形成されている。すなわち、各コテ先端部１５ａ〜１５ｄのＹ軸方向の幅ｃは、加熱コテ１３の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａ１の１／２よりも大きく、結果、その差分、すなわちｃ−ａ１／２の値が、前記重畳部の距離ｅとなっている。
【００１８】
図３は、前記特許文献１に記載される形態の加熱コテに相当する加熱コテ５３でのコテ先端部５５の形状を説明するための図であり、加熱コテ５３を、図２と同様に、下方から見て示している。この加熱コテ５３では、互いに平行な同じ形状の４つのコテ先端部５５を備えており、コテ先端部５５の底面形状は矩形状である。各コテ先端部５５のＸ軸方向の幅はｂであり、前記した加熱コテ１３での各コテ先端部１５ａ〜１５ｄのＸ軸方向の幅ｂと等しい。また、４つのコテ先端部５５はＸ軸方向に一定のピッチ幅ｄ１で配列しており、距離ｄ１は、前記した加熱コテ１３での４つのコテ先端部１５ａ〜１５ｄのＸ軸方向でのピッチ幅ｄより大きい。さらに、４つのコテ先端部５５のＹ軸方向の幅ｃは、前記加熱コテ１３の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａ１と等しい。そして、加熱コテ５３では、４つのコテ先端部５５のＹ軸方向での位置ずれはない。
【００１９】
図４は、本実施の形態での加熱コテ１３によって熱圧着されたときに、樹脂含浸繊維１、２の積層部３の領域で、樹脂が硬化する領域の一例を説明するための図である。図示のように、各コテ先端部１５からの熱は、コテ先端部１５の周囲に一定距離ｓまで伝播する。符号２０は、その伝播した領域を示している。
【００２０】
前記のように、加熱コテ１３においては、各コテ先端部１５は千鳥状の配列となっているので、樹脂含浸繊維１、２の前記積層部３の領域には、Ｙ軸方向の幅ｋ（＝前記重畳部の幅ｅ＋２×熱の伝播距離ｓ）である熱圧着領域が、Ｙ軸方向の幅ａの中央部にＸ軸方向に形成され、その両外側には、４個の未圧着部２１が互い違いに存在するようになる。未圧着部２１は樹脂が硬化しない領域であり、この領域２１が存在することで、全領域が硬化している場合と比較して、積層部３の柔軟性が向上し、曲げに対して強いものとなる。
【００２１】
図５は、図３に示した加熱コテ５３を用いて、同様に熱圧着したときの状態を示している。前記したように加熱コテ５３では、そのコテ先端部５５は、樹脂含浸繊維１、２の積層部３の全幅ａを圧着するようになっている。そのために、加熱コテ１３と同様に、各コテ先端部５５からの熱はコテ先端部５５の周囲に同じ一定距離ｅまで伝播する場合、その伝播領域２５、すなわち、各コテ先端部５５、５５間の領域のすべてにおいて、樹脂の硬化が進行する。結果、図４に示した本実施の形態での加熱コテ１３を用いる場合と比較して、樹脂が硬化しない領域は存在しないこととなり、積層部３での柔軟性が阻害され、フリーローラ等を通過するとき等に、曲げモーメントが付加されたときに、接合強度が低下して破断が生じることが起こり得る。
【００２２】
上記の不都合は、加熱コテ５３において、そのコテ先端部５５、５５間の距離（ピッチｄ１）をより広くすることで、回避することは可能である。しかし、ピッチｄ１を広くすることは、加熱コテ５３の大型化、ひいては接合装置の大型化を招くこととなり、よりコンパクトな接合装置が求められている今日の要請には、現実的な回答にはならない。
【００２３】
本発明者は、多くの実験を行うことにより、上記の加熱コテ１３を用いて繊維強化プラスチック同士を熱圧着する接合体において、次の要件を満足するものは、より好ましい態様であることを確認した。
【００２４】
（ａ）重なり量の制限
図４に示した、Ｙ軸方向の幅ｋである熱圧着領域において、前記幅ｋは、接合しようとする樹脂含浸繊維１、２の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａの３割以上であることが好ましい。これ以下であると、樹脂硬化部の面積が不足して、十分な接合強度が得られない。また、３割以上の前記領域を得るためには、コテ先端部１５周辺への熱の拡散も考慮して、前記コテ先端部１５の重畳部の幅ｅは、樹脂含浸繊維１、２の幅ａの２割以上であることが必要である。一方、コテ先端部１５の重畳部の幅ｅを大きくしすぎると、未硬化領域である未圧着部２１が減少するために、柔軟性が損なわれる恐れがある。実際の製品に応じて、適宜設定することが求められる。
【００２５】
（ｂ）コテ先端部の幅ｂおよびコテ先端部のピッチｄ
十分な樹脂硬化部の面積を確保するためには、コテ先端部１５の幅ｂは２ｍｍ以上であることが望ましい。また、十分な未硬化部を樹脂含浸繊維の長手方向（Ｘ軸方向）に確保するために、コテ先端部１５の幅ｂは、コテ先端部１５のピッチ幅ｄの３分の１以下であることが好ましい。
【００２６】
次に、実施例と比較例により、本発明の優位性を説明する。
【実施例】
【００２７】
［実施例装置］
図１および図２に基づき説明した接合装置１０を用いた。図６（ａ）の左図に示すように、加熱コテ１３は、その下方部に４本のコテ先端部１５を一体に備えており、加熱コテ１３の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａ１は２０ｍｍとした。コテ先端部１５の底面の形状はすべて長方形であり、Ｘ軸方向の幅ｂは２ｍｍとし、Ｙ軸方向の幅ｃは１２ｍｍとした。また、４つのコテ先端部１５のＸ軸方向のピッチ幅ｄは７．５ｍｍとした。４つのコテ先端部１５をＸ方向に直交するＹ方向ではＹ軸方向での位置をずらすことで千鳥状に配列した。その結果、加熱コテ１３の横幅（Ｙ軸方向の幅）ａ１の中央部において、距離ｅ：２ｍｍの重畳部が形成された。加熱コテ１３のＸ軸方向の横幅は、２４．５ｍｍである。
【００２８】
［比較例装置］
接合装置１０において、図６（ａ）の右図に示すように、加熱コテ５３として、４本のコテ先端部５５を平行に配置したものを用いた。各コテ先端部５５のＸ軸方向の幅ｂは２ｍｍとし、Ｙ軸方向の幅ｃは２０ｍｍ（＝加熱コテ１３の横幅ａ１）とした。また、４つのコテ先端部５５のＸ軸方向のピッチ幅ｄ１は１５ｍｍとした。この装置での加熱コテ５３のＸ軸方向の横幅は、４７ｍｍである。
【００２９】
［熱圧着］
２枚の樹脂含浸繊維１、２を、図１に示すように、端部が相互の重ね合うようにして支持台１１の上に配置し、実施例装置および比較例装置を用いて、積層部３を熱圧着した。圧着温度は４００℃、圧着時間は４５秒とした。熱圧着後の樹脂の硬化範囲を、図６（ｂ）に示した。
【００３０】
［破断試験］
実施例装置で得られた接合体と比較例装置で得られた接合体とを、直径３０ｍｍ、抱き角９０度〜１８０度の範囲のフリーローラの計２５個にわたって通過させ、通過後の双方の破断荷重（残存強度）を比較した。その結果を図６（ｃ）に示した。図６（ｃ）のグラフからわかるように、実施例装置で得られた接合体は、破断荷重が比較例装置で得られたものよりも大きくなっている。これにより、実施例品は、圧着部での柔軟性がアップし、残存強度が向上していることを確認できた。
【符号の説明】
【００３１】
１，２…樹脂含浸繊維、
３…樹脂含浸繊維同士の積層部、
１０…熱圧着用の加熱コテを備えた接合装置、
１１…支持台、
１２…加熱押圧手段、
１３…熱圧着用の加熱コテ、
１４…ヒータ、
１５ａ〜１５ｄ…コテ先端部、
ａ１…加熱コテの横幅、
ｂ…コテ先端部のＸ軸方向の幅、
ｃ…コテ先端部のＹ軸方向の幅、
ｄ…コテ先端部のＸ軸方向でのピッチ幅、
ｅ…コテ先端部の重畳部の距離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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