(57)【要約】【課題】航空機産業に特に適合した、２つの熱可塑性要素を接合するための溶接方法を提供すること。【解決手段】本発明によれば、熱可塑性要素の接合方法であって、接合する２つの表面を有する２つの熱可塑性部品１を提供するステップと、接合する表面に隣接して２つの熱可塑性部品１の間にグラフェン層２を配置するステップと、接合された２つの熱可塑性部品１の隣接する表面の熱可塑性樹脂をグラフェン層２が溶融するように、グラフェン層２を加熱するステップとを含む、熱可塑性要素の接合方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性要素の接合方法であって、
接合する２つの表面を有する２つの熱可塑性部品（１）を提供するステップと、
接合する前記表面に隣接して２つの前記熱可塑性部品（１）の間にグラフェン層（２）を配置するステップと、
接合された２つの前記熱可塑性部品（１）の隣接する前記表面の熱可塑性樹脂を前記グラフェン層（２）が溶融するように、前記グラフェン層（２）を加熱するステップと
を含むことを特徴とする、熱可塑性要素の接合方法。
【請求項２】
前記グラフェン層（２）が、グラフェンの連続ストランドと、前記ストランドの両端部に接続される２つの接続部（３）であって、電流に接続されるように構成された２つの接続部（３）とを有する、請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
前記グラフェン層（２）が熱可塑性フィルム上に配置されている、請求項１または２に記載の接合方法。
【請求項４】
前記２つの隣接する熱可塑性表面の温度を、熱可塑性樹脂の固化温度よりも高く上昇させるステップをさらに含む、請求項１から３までのいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項５】
前記２つの前記熱可塑性部品（１）に互いに対して圧力を印加するステップをさらに含む、請求項４に記載の接合方法。
【請求項６】
前記グラフェン層（２）の厚さが２０ミクロンと８０ミクロンの間である、請求項１から５までのいずれか一項に記載の接合方法。
【請求項７】
前記グラフェン層（２）の厚さが５０ミクロンである、請求項６に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機産業に特に適合した、２つの熱可塑性要素を接合するための溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性部品を溶接することによる製造および接合は、現行の技術水準において公知である。溶接プロセスによって熱可塑性要素を接合する方法によって提供される主な利点の１つは、リベットまたは締結具を必要とせずに部品の接合が可能な点である。
【０００３】
しかし今日、境界面の機械的特性に影響を与えることなく均一な溶接境界面を保証する、複雑な、または厚い構造の航空機接合用の工業化された溶接プロセスはない。
【０００４】
熱可塑性溶接（誘導、抵抗、超音波、摩擦など）にはいくつかの加熱技術があるが、いずれも、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂が必要とされる航空機構造での用途において制限がある。スポット溶接のような既知のプロセスが達成していない、良好な機械的特性だけでなく、境界面における均一で集中的な加熱が保証されなければならない。
【０００５】
連続接合について、超音波溶接はその用途（厚さなど）に制限があり、誘導／抵抗溶接は通常、境界面に埋め込まれた金属インサートを必要とする。また、摩擦撹拌接合は、境界面の機械的特性に大きな影響を与える。
【発明の概要】
【０００６】
本発明が特許請求する方法の客体は、
接合される２つの熱可塑性部品を提供するステップと、
接合される表面に隣接する２つの熱可塑性部品の間にグラフェン層を配置するステップであって、グラフェン層は樹脂で予備含浸されていてもよく、またされていなくてもよい、ステップと、
接合された２つの熱可塑性部品の隣接する表面の熱可塑性樹脂をグラフェン層が溶融するように、グラフェン層を加熱するステップと
を含む。
【０００７】
したがって、特許請求する発明は、接合される２つの熱可塑性部品の境界面に位置するグラフェン層を、２つの部品の隣接領域の熱可塑性樹脂を溶融するヒーターとして使用することを提案する。グラフェン層は、溶接プロセス中に構造内に組み込まれ、溶接される熱可塑性表面を直接加熱する。
【０００８】
本発明の目的は、以下の利点を有する、構造的熱可塑性体の実現可能な溶接プロセスを提供することである。
（１）接合の組立時間を短縮すること。
（２）現場レベルでの実行が容易な方法を提供すること。
（３）少なくとも２つの部品を１つの部品に一体化することにより、部品の数を削減し、それにより部品点数削減を達成し、またその後の組立ステップを削減すること。
（４）環境、リサイクル性など様々な分野での利点を有する熱可塑性技術を可能にすること。
（５）一般に熱可塑性樹脂の修復は非常に難しいが、本発明では実現可能である修復性を可能にすること。
（６）ファスナヘッド（締結具頭部）がないため、空気力学的な面での抵抗を減少させること。
【０００９】
特許請求するプロセスは、熱可塑性樹脂で作成された、あらゆる部品に適用可能である。
【００１０】
上記によれば、特許請求する発明は、接合される２つの熱可塑性部品の境界面に位置するグラフェン層に基づく加熱源を使用することを提案する。グラフェン層を加熱すると、接合される２つの熱可塑性部品の隣接領域の熱可塑性樹脂が溶融する。
【００１１】
グラフェン層を用いる利点の１つは、その柔軟性、すなわち容易に曲げることができ、したがってグラフェン層を、接合される２つの部品のあらゆる平面状または非平面状の形状に適合させることができることである。
【００１２】
さらに、小電力を印加することにより、グラフェンシートの温度、ひいてはグラフェンシートが位置する基材の温度を数秒で高めることができるので、グラフェン層の熱特性により、適切な加熱源としてのその使用が可能になる。
【００１３】
温度および要求される温度を達成するための加熱時間は、グラフェンシートのパターン、そのサイズおよび供給される電力によって決まる。
【００１４】
説明を完成させるために、そして本発明のより良い理解を提供するために、一式の図面を提供する。これらの図面は、説明の不可欠な部分をなし、本発明の好ましい実施形態を例示する。図面は以下の図からなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】複合パネルの前面側に取り付けられたグラフェンヒーターの概略図を示す。
【図２Ａ】グラフェンパターンの一実施形態を示す。
【図２Ｂ】グラフェンパターンの一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、複合熱可塑性部品１の前面側に取り付けられたグラフェン層２の概略図を示す。
【００１７】
このグラフェン層２は、波状パターンに続いて２つの電流への接続部３で終わるグラフェンの連続的なストランドを有する。また、グラフェン層２は、複合パネルに接合される熱可塑性樹脂に埋設することができ、したがって樹脂で予備含浸することができる。
【００１８】
グラフェンは、接合される部品の樹脂と適合する熱可塑性フィルム上に、必要なパターンで製造することができる。そのため、境界面に「相性の悪い（ｅｓｔｒａｎｇｅ）」材料はなく、グラフェン層２が存在する。一体化されたグラフェン層２の厚さは約５０ミクロンであり、したがって部品公差に影響を与えない。グラフェン層２の利用可能な厚さは、２０ミクロン〜８０ミクロンである。
【００１９】
グラフェンのパターン、長さ、電流の電圧および強さは、接合される境界面の周りに必要な温度場を達成するように微調整することができる。このプロセスの重要なパラメータは、以下の通りである。
（１）両方の熱可塑性部品の境界面領域を加熱するためにグラフェン層２の温度を制御すること、しかし両部品の完成した厚さは制御しないこと。
（２）このプロセスを微調整するために電圧／電流／時間を制御すること。
（３）境界面の表面全体を均一に溶融して、過熱による弱点（弱部）の発生を回避するように、最適なグラフェンパターン（ホイル／ネット／図柄）を生成すること。
【００２０】
パターンは、上記領域のすべての熱可塑性樹脂が可能な限り均一に、少なくとも融解温度に達するために、接合される各領域について決定されなければならないパラメータの１つである。したがってパターンの形状は、接合される領域全体が必要な温度に達するという目的を満たす限り変化し得る。
【００２１】
さらに、本発明の目的とする方法は、２つの隣接する熱可塑性体１の表面の温度を、熱可塑性樹脂の固化温度よりも高く上昇させるステップをさらに含んでもよい。固化温度は、溶融温度以上であろう。
【００２２】
この方法であっても、２つの熱可塑性部品１に互いに圧力を印加するステップをさらに含んでいてもよい。印加される圧力は、接合される両表面の間の密接な接触を達成するための最小圧力であり、理想的には、接触領域全体において両表面が完全に接触している場合、圧力は必要ではない。
【００２３】
それゆえ固化プロセスは、材料の分子間拡散を、したがってそれらの接合を達成するために、材料が流れるように固化温度で圧力を印加することを含む。
【００２４】
印加圧力を伴って温度が熱可塑性樹脂の固化温度、例えば３００℃〜３４５℃を上回って一定時間上昇すると、両部品の樹脂は結合したままになる。
【００２５】
パターンは、接合される構成要素の幾何形状に応じて最適な設計となるものを定義するために、添付の図のようなコイル型、または直線型などとすることができる。
【００２６】
グラフェン層２は、境界面の周りに均一に加熱が分配されるように、熱可塑性部品および加熱システム（抵抗、誘導または超音波加熱）の形状寸法に応じて特別な構成で設計すべきである。
【００２７】
また、溶接領域における亀裂の伝播の可能性を避けるために、接触する部品の表面全体に沿った連続溶接から不連続溶接まで、様々に溶接ストラテジを管理することが可能である。
【００２８】
図２Ａは、３００ｍＡが印加され、５２．５℃まで２分間加熱される、４０ｍｍ×６０ｍｍのグラフェン層２を開示する。図２Ｂは、２５．４Ｖ／３００ｍＡが印加され、８９℃まで２分間加熱される、２６ｍｍ×１６０ｍｍのグラフェン層２を開示する。
【符号の説明】
【００２９】
１  熱可塑性部品
２  グラフェン層
３  接続部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【外国語明細書】
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