(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記２以上の複合材料の接合目標位置を加圧する加圧装置と、
前記２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記接合目標位置に振動を与える振動発生装置と、
前記加圧装置により加圧されている前記２以上の複合材料に前記振動発生装置により振動を与えると同時または与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合するための電流を前記接合目標位置に通電する電源とを備えたことを特徴とする複合材料の接合装置。
【請求項２】
前記振動発生装置は、前記２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動を前記接合面に与えることを特徴とする請求項１に記載の複合材料の接合装置。
【請求項３】
前記振動発生装置は、前記２以上の複合材料の接合面に対して垂直方向の振動を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材料の接合装置。
【請求項４】
前記振動発生装置の振動周波数は、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合材料の接合装置。
【請求項５】
前記２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったとき所定圧力より小さい圧力で加圧するように前記加圧装置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の複合材料の接合装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記２以上の複合材料の前記接合面の前記熱可塑性樹脂の温度が融点となったときに所定圧力より小さい圧力で加圧するように前記加圧装置を制御することを特徴とする請求項５に記載の複合材料の接合装置。
【請求項７】
前記加圧装置で加圧する前記接合目標位置及びその周辺の表面の温度分布を測定する温度分布測定装置と、
前記温度分布測定装置で得られたデータが予め記憶された基準となる温度データの同一範囲内であるかどうかを判定する判定装置とを備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の複合材料の接合装置。
【請求項８】
炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記２以上の複合材料の接合目標位置を加圧し、
前記２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記接合目標位置に振動を与え、
加圧されている前記２以上の複合材料に振動を与えると同時または与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合するための電流を前記接合目標位置に通電し、前記２以上の複合材料を接合して接合体を製造することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項９】
前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動は、前記２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動であることを特徴とする請求項８に記載の接合体の製造方法。
【請求項１０】
前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動は、前記２以上の複合材料の接合面に対して垂直方向の振動であることを特徴とする請求項８または９に記載の接合体の製造方法。
【請求項１１】
前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動の振動周波数は、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１２】
前記炭素繊維は、複合材料の面内方向にランダムに分散されて配置していることを特徴とする、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１３】
前記炭素繊維の平均繊維長が１ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする、請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１４】
前記２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは所定圧力より小さい圧力の圧力で加圧して前記２以上の複合材料を接合することを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
【請求項１５】
前記所定圧力より小さい圧力で加圧するのは、前記２以上の複合材料の前記接合面の前記熱可塑性樹脂の温度が融点となったときであることを特徴とする請求項１４に記載の接合体の製造方法。
【請求項１６】
前記請求項７の複合材料の接合装置を用いて、前記温度分布測定装置で取得した前記複合材料の表面の温度分布に関するデータが記憶装置に予め記憶された基準となる温度データの同一範囲内であるかどうかを判定装置で判定し、同一範囲内であるときは複合材料の接合は良好、同一範囲内でないときは複合材料の接合は不良と評価することを特徴とする接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチック同士を接合する複合材料の接合装置、接合体の製造方法及び接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂は、航空分野及び自動車分野等への利用が期待されている。【０００３】
熱可塑性樹脂を接合する方法の一つとして、炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂を加圧しつつ、これらの熱可塑性樹脂の間に接合電流を流し、これらの熱可塑性樹脂の接合面及びその近傍を部分的に溶融させて溶着を行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
一方、炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂として、炭素繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散されているものがある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８７９０３号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１２／１３７９８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂の接合においては、樹脂に含有されている炭素繊維に電流を流して、ジュール熱による発熱で溶融させるため、炭素繊維の含有量、分散状態等により接合目標位置とは異なる位置で発熱が生じ溶融する場合がある。そのため、例えば、特許文献２のように、炭素繊維が分散されている熱可塑性樹脂を特許文献１のような従来の溶着方法を用いて接合する場合には、接合位置を目標位置に安定させて接合することが難しい。接合目標位置とは異なる位置に電流が通電して溶融した場合には、接合強度が低下したり、外観を重視する製品において、美感を損ねるという問題がある。【０００７】
図２４は従来の溶着方法での炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂の接合面の一例を示す平面図であり、図２４（ａ）は、炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂が電極の中心直下以外で接合した場合の一例の平面図、図２４（ｂ）は、炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂の接合面積が小さく接合強度が弱い場合の一例の平面図である。【０００８】
炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂１１ａ、１１ｂの溶着は、炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂１１ａ、１１ｂを重ね合わせた接合面１１ｃの接合目標位置１９に電極を配置し、電圧を印加して炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂の接合面１１ｃ及びその近傍を部分的に溶融させ、その後、通電を停止して炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂の接合部を冷却して行われる。図２４（ａ）に示すように、接合部２１が電極の中心直下から左上方向にずれた箇所となったり、図２４（ｂ）に示すように、接合部２１が複数に点在して形成され、一の接合部２１が電極の中心直下の位置であっても、接合部２１の接合面積が小さくなり、接合強度が弱くなることがある。このように、現状では接合状態のばらつきが大きい。【０００９】
また、特許文献２に示された炭素繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散されているものを、特許文献１の溶着方法を用いて接合する場合に、その接合強度を高めるためには、接合面積を大きくすることが考えられる。【００１０】
炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂の接合面積を大きくするには、炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂を加圧しつつ、電流の通電時間を長くすることで達成できる。これは、電圧印加による炭素繊維への通電時間を長くし、炭素繊維をより発熱させ熱可塑性樹脂を溶融させて、加圧により接合面積を大きくできるからである。【００１１】
しかし、炭素繊維で強化した２つの熱可塑性樹脂を加圧しつつ通電時間を長くし、接合面積を大きくしても接合強度を高めることができない場合があることが判明した。むしろ、却って接合強度が落ちることが判明した。【００１２】
一方、溶融状態を観測する方法として、例えば、特許文献１のように、接合界面の温度をモニタリングする方法がある。この方法は、２つの電極で挟まれた被接合体としての熱可塑性樹脂の接合界面の温度を熱可塑性樹脂の側面からサーモグラフィを用いて観測するため、電極から離れたところで溶着した場合において、電極を中心としてどの程度の半径の範囲で溶着したかを特定することが難しい。また、被接合物の形状、大きさ、接合装置を使用する設備などの条件によっては、接合界面の温度を観測することに制約があり、実用的とは言えない。【００１３】
ここで以下の説明では、炭素繊維で強化した熱可塑性樹脂は、熱可塑性樹脂及び不連続の炭素繊維を含有し、不連続の炭素繊維が分散されている複合材料である（以下、複合材料という）場合について説明する。【００１４】
本発明の目的は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料を接合目標位置で安定して接合できる複合材料の接合装置、接合方法及び接合体を得ることである。【００１５】
本発明の別の目的は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料を加圧しつつ振動を加えて電流を通電して接合する場合に接合面積に応じた引張強度を得ることができる複合材料の接合装置、接合体の製造方法及び接合体を提供することである。【００１６】
本発明のさらに別の目的は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合箇所の良否判定を容易に行える複合材料の接合装置、接合体の製造方法及び接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、驚くべきことに、複合材料を接触させ加圧した状態で、電流を通電する前に接合目標位置に振動を与え、それと同時またはその後に通電により複合材料をジュール熱で接合することにより、安定して良好な接合強度が得られることを見出した。この良好な結果が得られる詳細な要因については不明であるが、通電前に振動を与えることにより、接合目標位置である接触部分での接触抵抗が低くなり、選択的に接合目標位置で通電が行われるため接合強度が安定するものと推測される。【００１８】
本発明の第１の態様に係る複合材料の接合装置は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記２以上の複合材料の接合目標位置を加圧する加圧装置と、前記２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記接合目標位置に振動を与える振動発生装置と、前記加圧装置により加圧されている前記２以上の複合材料に前記振動発生装置により振動を与えると同時または与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合するための電流を前記接合目標位置に通電する電源とを備えたことを特徴とする。【００１９】
このように構成するとき、振動が加えられた２以上の複合材料の接合目標位置に電流が通電し易くなり、接合目標位置の熱可塑性樹脂が溶融して複合材料を接合目標位置において安定して接合できる。【００２０】
本発明の第２の態様に係る複合材料の接合装置は、本発明の第１の態様に係る発明において、前記振動発生装置は、前記２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動を前記接合面に与えることを特徴とする。【００２１】
このように構成するとき、２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動を接合面に与えるので、振動のエネルギーにより熱可塑性樹脂が接合目標位置と異なる箇所で溶融して熱可塑性樹脂同士が接合してしまうことを防止しつつ、熱可塑性樹脂を接合目標位置において接合を行うことができる。【００２２】
本発明の第３の態様に係る複合材料の接合装置は、本発明の第１または第２の態様に係る発明において、前記振動発生装置は、前記２以上の複合材料の接合面に対して垂直方向の振動を与えることを特徴とする。【００２３】
このように構成するとき、２つの複合材料の接合面に対して垂直方向の振動を加えることで、複合材料の厚さ方向に向かって直接的に集中して振動エネルギーを伝えることができ、２以上の複合材料の接合目標位置の接合面を効率良く発熱させることができ、接合目標位置から外れた水平方向での意図しない接合の拡がりを抑制できる。【００２４】
本発明の第４の態様に係る複合材料の接合装置は、本発明の第１乃至第３のいずれかの態様に係る発明において、前記振動発生装置の振動周波数は、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚであることを特徴とする。【００２５】
このように構成するとき、所定の周波数による振動を与えることで、複合材料の接合目標位置となる接合表面を効率よく発熱させることができる。【００２６】
本発明の第５の態様に係る複合材料の接合装置は、本発明の第１乃至第４のいずれかの態様に係る発明において、前記２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは所定圧力より小さい圧力で加圧するように前記加圧装置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。【００２７】
このように構成するとき、２以上の複合材料の接合目標位置を所定圧力で加圧しつつ振動を加えて電流を通電し、２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは、所定圧力より小さい圧力で加圧するので、溶融した熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側に押し出されて拡散することを抑制できる。従って、接合目標位置において、引張強度の低下を防止できる。【００２８】
本発明の第６の態様に係る複合材料の接合装置は、本発明の第５の態様に係る発明において、前記制御装置は、前記２以上の複合材料の前記接合面の前記熱可塑性樹脂の温度が融点となったときに前記所定圧力より小さい圧力で加圧するように前記加圧装置を制御することを特徴とする。【００２９】
このように構成するとき、２以上の複合材料が溶けて溶着する直前に加圧を弱めることができるため、溶融した熱可塑性樹脂の拡散を確実に防止することができる。【００３０】
本発明の第７の態様に係る複合材料の接合装置は、本発明の第１乃至第６のいずれかの態様に係る発明において、前記加圧装置で加圧する前記接合目標位置及びその周辺の表面の温度分布を測定する温度分布測定装置と、前記温度分布測定装置で得られたデータが予め記憶された基準となる温度データの同一範囲内であるかどうかを判定する判定装置とを備えたことを特徴とする。【００３１】
このように構成するとき、２以上の複合材料をジュール熱で接合するにあたり、温度分布測定装置で接合目標位置の画像を得るので、２以上の複合材料の接合箇所の良否判定を容易に行える。すなわち、２以上の複合材料の接合後に検査のために剥離しなくても、その接合の良否判定を容易に行える。特に、炭素繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散されている複合材料の接合の場合に有効である。【００３２】
本発明の第８の態様に係る接合体の製造方法は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記２以上の複合材料の接合目標位置を加圧し、前記２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記接合目標位置に振動を与え、加圧されている前記２以上の複合材料に振動を与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合するための電流を前記接合目標位置に通電し、２以上の複合材料を接合して接合体を製造することを特徴とする。【００３３】
このように構成するとき、振動が加えられた２以上の複合材料の接合目標位置に電流が通電し易くなり、接合目標位置の熱可塑性樹脂が溶融して複合材料を接合目標位置において安定して接合できる。【００３４】
本発明の第９の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第８の態様に係る発明において、前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動は、前記２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動であることを特徴とする。【００３５】
このように構成するとき、２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動を接合面に与えるので、振動のエネルギーにより熱可塑性樹脂が接合目標位置と異なる箇所で溶融して熱可塑性樹脂同士が接合してしまうことを防止しつつ、熱可塑性樹脂を接合目標位置において接合を行うことができる。【００３６】
本発明の第１０の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第８または第９の態様に係る発明において、前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動は、前記２以上の複合材料の接合面に対して垂直方向の振動であることを特徴とする。【００３７】
このように構成するとき、２つの複合材料の接合面に対して垂直方向の振動を加えることで、複合材料の厚さ方向に向かって直接的に集中して振動エネルギーを伝えることができ、２以上の複合材料の接合目標位置の接合面を効率良く発熱させることができ、接合目標位置から外れた水平方向での意図しない接合の拡がりを抑制できる。【００３８】
本発明の第１１の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第８乃至第１０のいずれかの態様に係る発明において、前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動の振動周波数は、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚであることを特徴とする。【００３９】
このように構成するとき、所定の周波数による振動を与えることで、複合材料の接合目標位置となる接合表面を効率良く発熱させることができる。【００４０】
本発明の第１２の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第８乃至第１１のいずれかの態様に係る発明において、前記炭素繊維は、複合材料の面内方向にランダムに分散されて配置していることを特徴とする。【００４１】
このように構成するとき、複合材料の厚み方向に安定的に通電することができる。【００４２】
本発明の第１３の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第８乃至第１２のいずれかの態様に係る発明において、前記炭素繊維の平均繊維長が１ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする。【００４３】
このように構成するとき、複合材料の厚み方向に安定的に通電することができる。【００４４】
本発明の第１４の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第８乃至第１３のいずれかの態様に係る発明において、前記２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは前記所定圧力より小さい圧力で加圧して前記２以上の複合材料を接合することを特徴とする。【００４５】
このように構成するとき、２以上の複合材料の接合目標位置を所定圧力で加圧しつつ振動を加えて電流を通電し、２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは、所定圧力より小さい圧力で加圧するので、溶融した熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側に押し出されて拡散することを抑制できる。従って、接合目標位置において、引張強度の低下を防止できる。【００４６】
本発明の第１５の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第１４の態様に係る発明において、前記所定圧力より小さい圧力で加圧するのは、前記２以上の複合材料の前記接合面の前記熱可塑性樹脂の温度が融点となったときであることを特徴とする。【００４７】
このように構成するとき、２以上の複合材料が溶けて溶着する直前に加圧を弱めることができるため、溶融した熱可塑性樹脂の拡散を確実に防止することができる。【００４８】
本発明の第１６の態様に係る接合体の製造方法は、本発明の第７の態様の複合材料の接合装置を用いて、前記温度分布測定装置で取得した前記複合材料の表面の温度分布に関するデータが記憶装置に予め記憶された基準となる温度データの同一範囲内であるかどうかを判定装置で判定し、同一範囲内であるときは複合材料の接合は良好、同一範囲内でないときは複合材料の接合は不良と評価することを特徴とする。【００４９】
このように構成するとき、複合材料の接合の評価を効率的に行える。【００５０】
しかして、本発明によれば、前述の複合材料の製造装置、または前述の接合体の製造方法を用いることによって、下記の新規な接合体を得ることができる。【００５１】
本発明の第１７の態様に係る接合体は、本発明の第８乃至第１６のいずれかの態様に係る接合体の製造方法によって得られたことを特徴とする。【００５２】
このように構成するとき、２以上の複合材料を接合目標位置において安定して接合できるため、所定の接合強度を有し、さらに、接合部の外観上の美感が良好な接合体を得ることができる。【００５３】
本発明の第１８の態様に係る接合体は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で振動を与えると同時または与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合したことを特徴とする。【００５４】
このような構成とするとき、振動が加えられた２以上の複合材料の接合目標位置に電流が通電し易くなり、接合目標位置の熱可塑性樹脂がジュール熱により溶融して、複合材料の接合目標位置において接合面に略円形の溶着部が形成されている。その結果、接合強度に優れるとともに、平面同士の接合において、従来の超音波溶着による接合に比べて接合部の意匠性に優れた成形体が提供される。【００５５】
本発明の第１９の態様に係る接合体は、本発明の第１８の態様に係る発明において、前記振動が複合材料の接合面に対して垂直方向の振動であることを特徴とする。【００５６】
このような構成とするとき、２つの複合材料の接合面に対して垂直方向の振動を加えることで、複合材料の厚さ方向に向かって直接的に集中して振動エネルギーを伝えることができる。その結果、接合強度により優れた成形体が提供される。【００５７】
本発明の第２０の態様に係る接合体は、本発明の第１８または１９の態様に係る発明において、前記振動の周波数が数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚであることを特徴とする。【００５８】
このような構成とするとき、所定の周波数による振動を与えることで、複合材料の接合目標位置となる接合表面を効率良く発熱させることができ、その結果、接合強度と意匠性が良好な接合体が提供される。【００５９】
本発明の第２１の態様に係る接合体は、本発明の第１８〜２０のいずれかの態様に係る発明において、前記炭素繊維の平均繊維長が１〜１００ｍｍであることを特徴とする。【００６０】
このように構成するとき、複合材料の厚み方向に安定的に通電することができ、接合強度と意匠性が良好な接合体が提供される。【００６１】
本発明の第２２の態様に係る接合体は、本発明の第１８〜２１のいずれかの態様に係る発明において、前記複合材料中の炭素繊維の含有量が、体積割合（Ｖｆ）で１０〜９０％であることを特徴とする。【００６２】
このように構成するとき、接合強度と意匠性の観点、さらには通電および発熱の観点から、機械的強度と生産性のバランスに優れた接合体が提供される。
【発明の効果】
【００６３】
複合材料を接触させ加圧した状態で、電流を通電する前に接合目標位置に振動を与え、その後に通電により複合材料をジュール熱で接合することにより、安定して良好な接合強度が得られる。【００６４】
また、２以上の複合材料の接合目標位置を所定圧力で加圧しつつ振動を与えて電流を通電し、２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは、所定圧力より小さい圧力で加圧するので、溶融した熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側に押し出されて拡散することを抑制できる。従って、接合目標位置において、引張強度の低下を防止できる。【００６５】
また、２以上の複合材料をジュール熱で接合するにあたり、温度分布測定装置で接合目標位置の温度分布に関するデータを得るので、２以上の複合材料の接合箇所の良否判定を容易に行える。すなわち、２以上の複合材料の接合後に検査のために剥離しなくても、その接合の良否判定を容易に行える。特に、炭素繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散されている複合材料の接合の場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の一例の構成図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの一例を示すタイムチャート。
【図３】本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの他の一例を示すタイムチャート。
【図４】本発明の第１実施形態に係る接合体の製造方法の工程の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明の第１実施形態での２つの複合材料の接合面の一例を示す平面図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の他の一例の構成図。
【図７】本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の別の他の一例の構成図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの一例を示すタイムチャート。
【図９】本発明の第２実施形態に係る接合体の製造方法の工程の一例を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第２実施形態での２つの複合材料の接合部の引張強度と接合面積との関係の一例を示すグラフ。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の一例の構成図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの一例を示すタイムチャート。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る接合体の製造方法の工程の一例を示すフローチャート。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の他の一例の構成図。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の別の他の一例の構成図。
【図１６】本発明の第４実施形態に係る複合材料の接合装置の一例の構成図。
【図１７】複合材料の接合中に温度分布測定装置で得られた接合が良好に行われた場合の画像の一例を示す斜視図。
【図１８】接合が良好に行われた場合の２つの複合材料の接合箇所の表面拡大写真。
【図１９】複合材料の接合中に温度分布測定装置で得られた接合が不良に行われた場合の画像の一例を示す斜視図。
【図２０】接合が不良に行われた場合の２つの複合材料の接合箇所の表面拡大写真。
【図２１】本発明の第４実施形態に係る複合材料の接合装置の他の一例の構成図。
【図２２】本発明の第４実施形態に係る複合材料の接合装置の別の他の一例の構成図。
【図２３】本発明の第４実施形態に係る複合材料の接合評価方法の工程の一例を示すフローチャート。
【図２４】従来の溶着方法での２つの複合材料の接合面の一例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の一例の構成図である。まず、本発明の第１実施形態で用いる複合材料１１ａ、１１ｂについて説明する。
【００６８】
本発明で用いる複合材料とは、熱可塑性樹脂をマトリックスとし不連続の炭素繊維を含有する複合材料である。不連続の炭素繊維を含むことにより、通常、不導体である熱可塑性樹脂に電気伝導性を発現させることができる。
【００６９】
炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などが代表的である。用途によってＰＡＮ系、ピッチ系は選択されているが、一般的に、より高強度を求める場合にはＰＡＮ系炭素繊維が用いられる。
【００７０】
「不連続の炭素繊維」とは、繊維のうち、平均繊維長が０．１〜３００ｍｍの長さのものをいう。「不連続繊維」以外の繊維を「連続繊維」という。
【００７１】
不連続繊維の平均繊維長としては、好ましくは１ｍｍ〜１００ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
【００７２】
平均繊維長は、無作為に抽出した炭素繊維１００本の長さをノギスおよびルーペで１ｍｍ単位まで測定して記録し、測定した全ての炭素繊維の長さ（Ｌｉ、ここでｉ＝１〜１００の整数）から、次式により平均繊維長（Ｌａ）を求めることができる。
【００７３】
Ｌａ＝ΣＬｉ／１００
本発明における複合材料の炭素繊維の含有量は体積割合（Ｖｆ）で１０〜９０％であることが好ましい。Ｖｆが１０％以上であることで安定して複合材料に通電させることができる。また、Ｖｆを９０％以下とすることで抵抗値を確保しジュール熱を得ることができる。通電および発熱の観点から安定した接合体を得るために、より好ましくはＶｆが２０〜５５％であり、さらに好ましくはＶｆが２０〜５０％である。
【００７４】
本発明における複合材料中の炭素繊維の配向としては、電流の流れる方向、すなわち通電方向に対して基本的に垂直方向に平行な方向（面内方向）にランダムであることが好ましい。不連続な炭素繊維がランダムに配置された複合材料は厚み方向に安定的に通電できる。
【００７５】
なかでも一定の電気抵抗値を持っている方が安定して接合できるため、均等にランダムであることが好ましい。ここで、ランダムに不連続な炭素繊維を配置した複合材料とは、例えば平均繊維長１〜１００ｍｍの不連続の炭素繊維が面内に重なるように配置しており、炭素繊維が２５〜３０００ｇ／ｍ２の目付にて実質的に２次元ランダムに配向しているものを挙げることができる。上記不連続の炭素繊維は単系の状態であっても、束の状態であっても、それらが混合した状態で存在していてもよい。
【００７６】
複合材料におけるマトリックス樹脂は熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂として、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレン、テレフタレート、ポリプチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ＡＳ樹脂およびＡＢＳ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。熱可塑性樹脂はジュール熱により溶解可能であれば特に限定されず、各種用途に合わせて選択することができる。
【００７７】
所望の電気抵抗値を得られるように不連続の炭素繊維量および種類を調整すれば、熱可塑性樹脂の種類によらず溶着することができる。複合材料の接合部位に含まれる不連続の炭素繊維の重量割合は、熱可塑性樹脂１００重量部あたり不連続の炭素繊維が１０〜１０００重量部であることが好ましい。より好ましくは、熱可塑性樹脂１００重量部あたり不連続の炭素繊維が１０〜３００重量部であり、さらに好ましくは、１０〜１５０重量部である。ただし、接合部位以外の複合材料に含まれる不連続の炭素繊維の重量割合はこの限りではない。
【００７８】
また、複合材料には本発明の目的を損なわない範囲で、不連続の炭素繊維以外の各種フィラー、添加剤を含んでも良い。添加剤としては例えば、難燃剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、造核剤、可塑剤などが挙げられるがこの限りではない。
【００７９】
本発明で用いる複合材料の形状は特に制限はないが、例えば、厚みが０．２〜２０ｍｍの板状のもの、断面形状が円状、多角形状の成形体、中空体が挙げられる。
【００８０】
複合材料の作成方法としては、特に制限はないが、不連続の炭素繊維と熱可塑性樹脂を有する板状の成形基材を圧縮成形することにより製造することが好ましい。この成形基材の製造方法としては、例えば、（１）束の状態の炭素繊維を所定の長さにカットし、これを、空気あるいはカード機などにより開繊しつつ、紛体や繊維状の熱可塑性樹脂と混合する乾式法、（２）束の状態の炭素繊維を所定の長さにカットし、これと熱可塑性樹脂繊維を分散液中で開繊、混合し有孔支持体上に抄紙する抄紙法などを挙げることが出来る。
【００８１】
下記に一例を示す。炭素繊維束（東邦テナックス製テナックス（登録商標）ＳＴＳ４０２４Ｋ、平均繊維径７μｍ）を平均繊維長２０ｍｍになるようにカットし、これを空気を吹き付けることにより開繊しながら炭素繊維の平均目付け９８０ｇ／ｍ２となるように平面上にランダムに分散させて配置した。開繊時に、紛体状のマトリクス樹脂を加えて炭素繊維と混合した。マトリックス樹脂にはユニチカ株式会社製ユニチカナイロン６を用い、炭素繊維の含有割合が質量基準で４５％、体積基準で３５％になるようにした。得られた成形基材を、金型にセットし１０ＭＰａの圧力下で２５０℃の温度で１０分間保持する。その後、金型を冷却することにより炭素繊維束を含有した複合材料（サイズ４００ｍｍ×４００ｍｍ×２．５ｍｍ）を得ることができる。
【００８２】
得られた複合材料を適当な大きさにカットし、このような２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃを接触させた状態で、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを挟持して端子１２ａ、１２ｂが配置される。そして、端子１２ａには振動発生装置１７が取り付けられている。また、加圧装置１３が設けられ、加圧装置１３は振動発生装置１７及び端子１２ａを介して２つの複合材料１１ａ、１１ｂを押圧する。また、加圧装置１３は、端子１２ａ、１２ｂを介して２つの複合材料１１ａ、１１ｂを加圧し、溶融した熱可塑性樹脂を押し拡げて接合面積を大きくするものであり、制御装置１６により加圧制御される。
【００８３】
なお、接合面とは、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを溶着により接合する面であり、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを互いに重ね合わせたときに接触している面の一部に限られず、接触している面の全体を含むものとする。
【００８４】
図１では、１つの加圧装置１３を設けた場合を示したが、端子１２ｂ側にも設けるようにしてもよい。すなわち、端子１２ａ側及び端子１２ｂ側の双方に加圧装置１３を設け、端子１２ａ、１２ｂの双方から加圧するようにしてもよい。
【００８５】
端子１２ａ、１２ｂは、スイッチ１４を介して電源１５に接続され、スイッチ１４がオンしている間に、電源１５の電圧が２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に印加され電流を通電する。電源１５としては可変電圧のものを用い、制御装置１６により、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に印加する電圧を必要に応じて変化させることができるようになっている。直流電源でも交流電源でもよいが、効率的に発熱を得たい場合には、直流電源の方が好ましい。スイッチ１４は制御装置１６によりオンオフ操作される。また、加圧装置１３は、端子１２ａを介して２つの複合材料１１ａ、１１ｂを加圧するものであり、制御装置１６により加圧制御される。
【００８６】
振動発生装置１７は、端子１２ａに振動を与え、結果的に２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に振動を与えるものであり、機械的に振動を与えるバイブレータ、超音波で振動を与える超音波振動子などが用いられる。２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃに対して振動を与えることで、２つの複合材料の接合面の接合目標位置に電流を通電し易くし、その部分で熱可塑性樹脂を溶融して安定して接合することができる。
【００８７】
この作用についての詳細は明らかになっていないが、通電のみで接合するのではなく、振動を併用することで、振動を加えた熱可塑性樹脂の接触部分（接合面）が発熱して軟化し、その接触部分の接触抵抗が低下することにより、その後に接合面に流れる電流が先の軟化した部分に通電し易くなるため、接合位置が安定化するものと推測される。
【００８８】
振動を加えた後に、電流を流すことによってジュール熱により熱可塑性樹脂を発熱させ熱可塑性樹脂を溶融して接合することになる。この際、熱可塑性樹脂に分散されている炭素繊維が発熱を促進させる。
【００８９】
ここで、振動発生装置１７による振動方向は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃに対して、水平方向（横方向）または垂直方向（縦方向）のいずれの方向であってもよいが、垂直方向の振動が望ましい。これは、垂直方向の振動である場合には、複合材料の厚さ方向に向かって直接的に集中して振動エネルギーを伝えることができ、上述のように、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置の接合面１１ｃを効率良く発熱させることができ、一方、接合目標位置から外れた水平方向での意図しない接合の拡がりを抑制できるからである。
【００９０】
振動発生装置１７は、制御装置１６により制御される。なお、図１では、端子１２ａに振動発生装置１７を取り付けた場合を示しているが、端子１２ｂに振動発生装置１７を取り付けてもよい。
【００９１】
制御装置１６は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に振動を加え、その振動が継続している状態で、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを加圧しつつ接合目標位置に電流を通電できるように、振動発生装置１７、加圧装置１３、スイッチ１４を制御する。
【００９２】
図２は、本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの一例を示すタイムチャートであり、制御装置１６による制御のタイミングを示している。まず、制御装置１６は、時点ｔ１において、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃを接触させた状態で、加圧装置１３を起動する。そして、一定時間Ｔ１の間、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に先行的に圧力を与える。
【００９３】
そして、時点ｔ１から一定時間Ｔ１の経過後の時点ｔ２において、制御装置１６は、振動発生装置１７を起動し、所定時間Ｔ２の経過後の時点ｔ３にスイッチ１４をオンする。これにより、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを加圧している状態で、先行的に振動発生装置１７により振動を与えつつ、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に電流を通電する。振動により２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置となる接合面１１ｃに電流を通電し易くし、その後に通電による発熱で熱可塑性樹脂を溶融して抵抗溶接することになる。そして、時点ｔ３から所定時間Ｔ３が経過した時点ｔ４で振動の印加及び通電を停止し、時点ｔ４から所定時間Ｔ４を経過した時点ｔ５で加圧を停止し、接合を終了する。この所定時間Ｔ３は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが接合するのに必要な時間が予め定められる。
【００９４】
以上の説明では、振動を先行的に与え、その後に所定値の電流を通電させるようにしたが、図３に示すように、振動と電流の通電を同じタイミングで開始し、電流を緩やかな勾配で所定値になるように立ち上げるようにしてもよい。これにより、所定値の電流になるまでに遅れ時間が生じるので、振動を与えるのを電流の通電より先行して与えたことと同等になる。
【００９５】
振動の大きさは、複合材料１１ａ、１１ｂを構成する熱可塑性樹脂をその融点に達しない程度に振動エネルギーにより加熱させることが好ましい。振動周波数は、複合材料１１ａ、１１ｂの融点、厚さ及び炭素繊維の含有量などによって変わるため一概には決められないが、数ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚであり、例えば、１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、より好ましくは、１５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの超音波振動が好ましい。
【００９６】
熱可塑性樹脂を融点以上に加熱させた場合には溶着が起ってしまい、接合界面での接触抵抗が小さくなりすぎるなるため、界面で効率よく発熱させることが難しくなると推測される。この点、本発明の第１実施形態においては、熱可塑性樹脂の温度を融点に達しない程度に発熱させ、その後に電流を通電させることで、熱可塑性樹脂を接合目標位置において溶融して安定して接合を行うことができる。
【００９７】
また、振動の印加は、通電開始の直前又は通電開始の直後に停止しても構わないが、熱可塑性樹脂が通電により溶融するまでは、通電中においても振動の印加を通電と並行して実施することが好ましい。通電と振動を併用する期間を設けることによって、通電前に振動を停止して通電のみによって熱可塑性樹脂を溶融する場合に比べて、接合強度を高めることができる。そのため、本発明の第１実施形態では、振動及び通電の停止のタイミングを同時にすることによって、停止制御を容易にするとともに、熱可塑性樹脂が確実に溶融した後に振動が停止するようにしている。
【００９８】
なお、通電電流の大きさは、複合材料１１ａ、１１ｂを形成する熱可塑性樹脂の融点、厚さ及び炭素繊維の含有量などに合わせて適宜変更してもよい。
【００９９】
図４は、本発明の第１実施形態に係る接合体の製造方法の工程を示すフローチャートである。まず、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃを接触させる（Ｓ１）。次に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を加圧する（Ｓ２）。この加圧は加圧装置１３により与えられる。そして、加圧時間が一定時間Ｔ１を経過したかどうかを判定し（Ｓ３）、一定期間Ｔ１が経過すると、その加圧が継続している状態で２つの複合材料１１ａ、１１ｂに振動を与える（Ｓ４）。そして、振動時間が一定時間Ｔ２を経過したかどうかを判定し（Ｓ５）、一定期間Ｔ２が経過すると、接合目標位置に電流を通電する（Ｓ６）。２つの複合材料１１ａ、１１ｂへの振動は、振動発生装置１７で行われ、電流の通電はスイッチ１４をオンすることで行われる。
【０１００】
そして、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが接合するのに必要な所定時間Ｔ３が経過したかどうかを判定し（Ｓ７）、所定時間Ｔ３を経過したときは、振動の印加及び電流の通電を停止し（Ｓ８）、さらに所定時間Ｔ４を経過したかどうかを判定し（Ｓ９）、所定時間Ｔ４を経過したときは加圧を停止し（Ｓ１０）、接合を終了する。
【０１０１】
図５は、本発明の第１実施形態での２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃの一例を示す平面図である。この複合材料１１ａ、１１ｂは、表１に示す条件で接合したものである。
【０１０２】
【表１】
0005827771.tif 000002
【０１０３】
板材寸法１００×２５×ｔ１．６ｍｍ、端子径φ８、加圧力１４．９Ｎ／ｍｍ２、振動周波数２０ｋＨｚ、電流値３０Ａ、通電時間５secとした。
【０１０４】
図５に示すように、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを重ね合わせた接合面１１ｃの接合目標位置１９を含む範囲で接合部２１が形成されている。これは、接合面１１ｃの接合目標位置１９に対して振動を与え、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃの接合目標位置１９に電流を通電し易くし、通電による発熱で熱可塑性樹脂を溶融して接合するためである。これにより、接合面１１ｃの接合目標位置１９以外の部分で溶着することを防止できる。
【０１０５】
また、本発明の第１実施形態による製造方法では、接合箇所が接合目標位置以外の箇所で接合されることを防止でき、さらに、接合箇所が複数個所に点在することを防止することができるため、接合強度の低下を防ぎ、接合部の外観上の美感を損なうことがない。
【０１０６】
以上の説明では、加圧及び振動を加える端子１２ａ又は１２ｂを通して接合電流を通電する例について説明したが、必ずしも加圧及び振動を加える端子１２ａ又は１２ｂを介して通電する必要はない。図６に示すように、複合材料１１ａ、１１ｂの所定の箇所に通電用の電極端子を接続して通電を行っても構わない。図６に示す第１実施形態では、複合材料１１ａ、１１ｂのそれぞれの端部に通電用の電極端子を取り付け、電源１５により接合面１１ｃに電流を通電している。この場合においても、振動を加えることによって、接合電流は、端子直下の接合面１１ｃの接合目標位置を通電し易くなるため、接合位置を安定させることができる。
【０１０７】
また、以上の説明では、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合について説明したが、接合対象となる複合材料の枚数は、図１に示す第１実施形態に限られず、図７に示すように、接合対象となる複合材料は、３つ以上であっても構わない。図７に示す第１実施形態では、３枚の複合材料１１ａ１、１１ｂ、１１ａ２を重ね合わせ、それらの上下２枚の複合材料１１ａ１、１１ａ２のそれぞれの接合表面の接合目標位置に端子１２ａ、１２ｂを接触させて振動を加え、通電により接合面１１ｃ１及び１１ｃ２を接合する。
【０１０８】
この第１実施形態のように複数の複合材料を接合する場合では、接合位置を安定化させることが非常に困難となるため、通電と併用して複合材料に振動を加えることが有効となる。つまり、通電の前に、接合面１１ｃ１及び１１ｃ２の接合目標位置に振動エネルギーを加えて、その部分に電流を流し易くすることができる。この第１実施形態においても、接合箇所が接合目標位置以外の箇所で接合されることを防止でき、さらに、接合箇所が複数個所に点在することを防止することができるため、接合強度の低下を防ぎ、接合部の外観上の美感を損なうことがない。
【０１０９】
また、以上の説明では、加圧を加えている端子１２ａ又は１２ｂに振動発生装置１７を接続して端子１２ａ又は１２ｂを通して振動を加える例について説明したが、加圧を加えている端子１２ａ又は１２ｂとは別の箇所から接合面の接合目標位置に振動を加えるようにしてもよい。
【０１１０】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの一例を示すタイムチャートである。本発明の第２実施形態は、前述の第１実施形態に対し、２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは所定圧力より小さい圧力で加圧して２以上の複合材料を接合するようにしたものである。本発明の第２実施形態に係る複合材料の接合装置のハードウェア構成は、図１に示した本発明の第１実施形態に係る複合材料の接合装置のハードウェア構成は同じである。
【０１１１】
図１において、制御装置１６は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を加圧し、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に振動を加え、その振動が継続している状態で、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に電流を通電するように、加圧装置１３、振動発生装置１７、スイッチ１４を制御する。
【０１１２】
すなわち、図８において、制御装置１６は、時点ｔ１で加圧装置１３を駆動して加圧開始時の所定圧力Ｐ１で複合材料１１ａ、１１ｂを加圧開始し、その後の時点ｔ２で振動発生装置１７を駆動して振動を発生させ、時点ｔ３でスイッチ１４をオンして２つの複合材料１１ａ、１１ｂに電圧を印加し、複合材料１１ａ、１１ｂの炭素繊維に電流を流す。
【０１１３】
そして、時点ｔ４で２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったときは、制御装置１６は加圧装置１３に対して加圧を下げ始め、接合目標位置を加圧開始時の所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２で加圧するように制御する。
【０１１４】
時点ｔ５で加圧が小さい圧力Ｐ２となったときは、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが接合するのに必要な所定時間の経過後の時点ｔ６で、振動の印加及び電流の通電を停止に、さらにその後の時点ｔ７で加圧を停止する。
【０１１５】
図９は、本発明の第２実施形態に係る接合体の製造方法の工程を示すフローチャートである。まず、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃを接触させる（Ｓ１）。次に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を所定圧力Ｐ１で加圧し（Ｓ２）、その後に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に振動を与え（Ｓ３）、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に電流を通電させる（Ｓ４）。
【０１１６】
次に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったかどうかを判定する（Ｓ５）。この判定で、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったと判定されたときは、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２に切り換えて加圧する（Ｓ６）。また、必要に応じて電流値を大きくしてもよい。
【０１１７】
そして、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが接合するのに必要な所定時間が経過したかどうかを判定し（Ｓ７）、所定時間を経過したときは、振動の印加及び電流の通電を停止し、その後に加圧を停止して（Ｓ８）、接合を終了する。
【０１１８】
図１０は、本発明の第２実施形態での２つの複合材料の接合部の引張強度と接合面積との関係の一例を示すグラフである。加圧開始時に一定の加圧力Ｐ１（＝１４．９Ｎ／ｍｍ２）で通電電流を増加して接合面積を拡大していくと、図１０の実線で示すように、所定の接合面積までは接合面積に比例して引張強度が高くなるが、接合面積が２．６Ｓｍｍ２（Ｓは定数）近傍になると、それ以上通電電流を大きくして接合面積を拡大しても、引張強度は増加しなかった。
【０１１９】
ここで、図１０の破線Ｃは、接合面積が２．６Ｓｍｍ２近傍までの接合面積と引張強度との関係から求めた近似曲線を直線的に延長した仮想線である。この範囲では接合面積と引張強度が比例しており、接合体を剥離して接合面を観測したところ、溶融した熱可塑性樹脂が流れ出して拡散するなどの痕跡が見られず、２つの複合材料の熱可塑組成樹脂が良好に接合していることが確認された。つまり、この引張強度は、熱可塑性樹脂同士が良好に接合している場合の強度であることを示している。
【０１２０】
点Ｂ１は、上述のように、一定の加圧力Ｐ１で通電電流を増加させて、接合面積を２．６Ｓｍｍ２近傍から３．８Ｓｍｍ２まで増加させた場合の２つの複合材料材の接合部の引張強度と接合面積との関係を示す値である。点Ｂ１における複合材料１１ａ、１１ｂの接合条件を表２に示す。
【０１２１】
【表２】
0005827771.tif 000003
【０１２２】
点Ｂ１における引張強度は３．５ＡｋＮ（Ａは定数）となり、接合面積が２．６Ｓｍｍ２の場合の引張強度４ＡｋＮと比較して、却って引張強度が下がっている。
【０１２３】
点Ｂ１における接合体を剥離して接合面を観測した結果、溶着痕の面積は広がっているが、溶融した熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側に流れ出して拡散している痕跡が確認できた。このように、溶融した熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側に流れ出した場合には、バインダーとしての役割を果たす熱可塑性樹脂が不足するため強度的に弱く、熱可塑性樹脂同士が接合して引張強度に寄与している有効的な接合面積は小さいことが推測される。
【０１２４】
一方、点Ｂ２は、点Ｂ１における接合条件である電流値と同じ値の電流を通電し、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となった後に加圧開始時の所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２（＝６．０Ｎ／ｍｍ２）で加圧した場合を示している。点Ｂ２における複合材料１１ａ、１１ｂの接合条件を表３に示す。
【０１２５】
【表３】
0005827771.tif 000004
【０１２６】
点Ｂ１における接合条件では、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となった後も加圧開始時の所定加圧力Ｐ１で加圧したが、点Ｂ２では、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となった後に、加圧開始時の所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２で加圧している。その結果、接合面積が３．６Ｓｍｍ２となり、点Ｂ１の接合面積３．８Ｓｍｍ２と比べて僅かに小さくなっているが略同等の面積で、引張強度が４．８Ａｍｍ２となり、点Ｂ１の引張強度３．５Ａｍｍ２よりも高くなった。
【０１２７】
点Ｂ２における接合面積に対する引張強度の値は、略破線Ｃ上にあることからも、熱可塑性樹脂同士が良好に接合している場合の強度を示しているものと考えられる。
【０１２８】
従って、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったと判定されたときは、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を加圧開始時の所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２で加圧することで、引張強度の低下を防ぐことができる。
【０１２９】
図１１は本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の一例の構成図である。この第３実施形態に係る複合材料の接合装置の一例は、本発明の第２実施形態に係る複合材料の接合装置の一例に対し、振動発生装置１７を省略したものである。つまり、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に振動を与えずに加圧し電流を通電して、２以上の複合材料をジュール熱で接合し、２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは加圧開始時の所定圧力より小さい圧力で加圧して２以上の複合材料を接合するようにしたものである。
【０１３０】
図１２は、本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の動作タイミングの一例を示すタイムチャートである。図８に示した一例に対し、ステップＳ３を省略したものである。制御装置１６は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを加圧しつつ接合目標位置に電流を通電できるように、加圧装置１３、スイッチ１４を制御する。
【０１３１】
すなわち、制御装置１６は、時点ｔ１で加圧装置１３を駆動して所定圧力Ｐ１で複合材料１１ａ、１１ｂを加圧開始し、その後の時点ｔ２でスイッチ１４をオンして２つの複合材料１１ａ、１１ｂに電圧を印加し、複合材料１１ａ、１１ｂの炭素繊維に電流を流す。
【０１３２】
そして、時点ｔ３で２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったときは、制御装置１６は、加圧装置１３に対して加圧を下げ始め、接合目標位置を所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２で加圧するように制御する。また、制御装置１６は時点ｔ３において電流値を大きくする。なお、電流値は一定のままでも、ゆるやかに小さくしてもよい。
【０１３３】
時点ｔ４で加圧が小さい圧力Ｐ２となったときは、所定時間の経過後の時点ｔ５でスイッチ１４をオフし、さらにその後の時点ｔ６で加圧を停止する。
【０１３４】
ここで、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったときに、接合目標位置を所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２で加圧するようにしたのは、溶着状態となった熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側の広い範囲に拡がり、必要以上に接合目標位置の熱可塑性樹脂が押し退けられ、引張強度が落ちるのを防止するためである。つまり、接合目標位置における複合材料１１ａ、１１ｂのバインダーとしての役割を果たす熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側へ拡散し、接合部の引張強度を確保するために必要な熱可塑性樹脂の絶対量が不足しないようにする必要がある。
【０１３５】
圧力Ｐ１は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂのそれぞれの表面に端子１２ａ、１２ｂを接触させて端子１２ａ、１２ｂで２つの複合材料１１ａ、１１ｂを挟み、加圧により端子と複合材料間及び複合材料間の接触抵抗小さくし、複合材料間の接合面が溶け合って溶着した状態するために必要な圧力である。圧力Ｐ２は、加圧開始時の圧力Ｐ１よりも小さい圧力であり、熱可塑性樹脂の構成、粘度、炭素繊維の含有量及び複合材料の厚さなどを考慮する必要があるため一概には決まらないが、例えば、圧力Ｐ１の９０％以下の圧力であり、より好ましくは、５０％以下の圧力である。
【０１３６】
２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったかどうかの判定は、通電を開始してからの時間が予め定めた所定時間になったことで判定するようにしてもよいし、サーモグラフィ装置等の温度分布測定装置により接合目標位置の接合状態を監視して判定するようにしてもよい。
【０１３７】
具体的には、通電を開始してから熱可塑性樹脂の温度が融点に達するまでの時間を予め測定しておき、その測定時間で加圧を制御しても構わない。この場合には、温度を測定するための装置を設けないでも、２以上の複合材料が溶けて溶着する直前に加圧を弱めることができ、溶融した熱可塑性樹脂の拡散を確実に防止することができる。
【０１３８】
また、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置の温度を監視し、その温度を指標に、接合面の熱可塑性樹脂が融点となったときに、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったと判定するようにしてもよい。２つの複合材料１１ａ、１１ｂの温度が融点となったときは、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態であるので、溶着状態をより正確に把握できる。このように、熱可塑性樹脂の温度が融点となったときに加圧を小さくすればよいため、加圧の切換え制御が容易となる。また、２以上の複合材料が溶けて溶着する直前に加圧を弱めることができるため、溶融した熱可塑性樹脂の拡散を確実に防止することができる。
【０１３９】
図１３は、本発明の第３実施形態に係る接合体の製造方法の工程の一例を示すフローチャートである。まず、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃを接触させる（Ｓ１）。次に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を所定圧力Ｐ１で加圧し（Ｓ２）、その後に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に電流を通電させる（Ｓ３）。
【０１４０】
次に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったかどうかを判定する（Ｓ４）。この判定は、前述したように、電圧を印加開始してからの時間が予め定めた所定時間になったこと、サーモグラフィ装置等の監視により接合目標位置の接合部が溶着状態となったこと、接合目標位置の温度が熱可塑性樹脂の融点となったことなどで行う。
【０１４１】
ステップＳ４の判定で、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが溶け合って溶着した状態となったと判定されたときは、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を所定圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２に切り換えて加圧する（Ｓ５）。また、必要に応じて電流値を大きくしてもよい。これにより、溶着状態の接合目標位置における熱可塑性樹脂が必要以上に押し退けられ、引張強度が落ちるのを防止する。
【０１４２】
そして、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが接合するのに必要な所定時間が経過したかどうかを判定し（Ｓ６）、所定時間を経過したときは、電流の通電を停止、その後に加圧も停止して（Ｓ７）、接合を終了する。図１１では、１つの加圧装置１３を設けた場合を示したが、端子１２ｂ側にも設けるようにしてもよい。すなわち、端子１２ａ側及び端子１２ｂ側の双方に加圧装置１３を設け、端子１２ａ、１２ｂの双方から加圧するようにしてもよい。
【０１４３】
次に、図１４は本発明の第３実施形態に係る複合材料の接合装置の他の一例の構成図である。この第３実施形態の他の一例は、図１１に示した第３実施形態の一例に対し、加圧を加える端子１２ａ、１２ｂを通して接合電流を通電することに代えて、複合材料１１ａ、１１ｂのそれぞれの端部に接続した通電用の電極端子から接合電流を通電するようにしたものである。
【０１４４】
図１４に示す第３実施形態の他の一例では、図１１に示した第３実施形態の一例に対し、複合材料１１ａ、１１ｂのそれぞれの端部に通電用の電極端子を接続している。つまり、通電用の電極端子は、複合材料１１ａ、１１ｂの所定の箇所にスイッチ１４又は電源１５に接続され、電源１５から複合材料１１ａ、１１ｂに通電する。なお、第２実施形態の一例に示した振動発生装置１７を端子１２ａに設置することによって、接合電流は、端子直下の接合面の接合目標位置に通電し易くなるため、接合位置を安定させることができる。
【０１４５】
また、以上の説明では、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合について説明したが、接合対象となる複合材料の枚数は２つの複合材料１１ａ、１１ｂに限られず、図１５に示す第３実施形態に係る複合材料の接合装置の別の他の一例のように、接合対象となる複合材料は、３つ以上であっても構わない。図１５に示す第３実施形態の別の他の一例では、図１１に示した第３実施形態の一例に対し、３枚の複合材料１１ａ１、１１ｂ、１１ａ２を重ね合わせ、それらの上下２枚の複合材料１１ａ１、１１ａ２のそれぞれの接合表面の接合目標位置に端子１２ａ、１２ｂを接触させて、通電により接合面１１ｃ１及び１１ｃ２を接合する。
【０１４６】
この第３実施形態の別の他の一例のように複数の複合材料を接合する場合では、接合位置を安定化させることが非常に困難となるため、通電と併用して複合材料に振動を加えることが有効となる。第２実施形態の一例に示した振動発生装置１７を端子１２ａに設置することによって、通電の前に、接合面１１ｃ１及び１１ｃ２の接合目標位置に振動エネルギーを加えて、その部分に電流が通電し易くなるため、接合位置を安定させることができる。
【０１４７】
この第３実施形態の別の他の一例においても、溶融した熱可塑性樹脂が接合目標位置の外側に押し出されて拡散することを抑制できるため、接合目標位置において、引張強度の低下を防止できる。また、通電と併用して複合材料に振動を加えた場合には、接合箇所が接合目標位置以外の箇所で接合されることを防止でき、さらに、接合箇所が複数個所に点在することを防止することができるため、接合強度の低下を防ぎ、接合部の外観上の美感を損なうことがない。
【０１４８】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。図１６は本発明の第４実施形態に係る複合材料の接合装置の一例の構成図である。この本発明の第４実施形態は、図１に示した第１実施形態に対し、さらに、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置の温度分布を得る温度分布測定装置としてのサーモグラフィ装置２５と、サーモグラフィ装置２５で得られた画像を表示出力する表示装置１８と、複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の接合の良否判定に用いる基準となる温度データを予め記憶した記憶装置２３と、サーモグラフィ装置２５で得られた複合材料の表面の温度分布に関するデータと記憶装置２３に記憶された基準となる温度データとを比較し表示装置１８に表示出力する判定装置２４とを追加して設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【０１４９】
サーモグラフィ装置２５は、接合目標位置としての端子１２ａが接触している複合材料１１ａの接触箇所及びその周辺の表面から放射される赤外線を検出して分析し温度分布の画像を得るものであり、制御装置１６により起動停止が制御される。この実施例では、サーモグラフィ装置２５は、端子１２ａ側から、端子１２ａが接触している複合材料１１ａよりも上部に設けて、端子１２ａを含む複合材料１１ａ、１１ｂの上部平面の温度分布を観測できるようにしている。なお、サーモグラフィ装置２５は、端子１２ａとは対向する位置にある端子１２ｂ側に設けても構わない。
【０１５０】
複合材料１１ａ、１１ｂに電流が流れることによって発生した発熱をサーモグラフィ装置２５で観測することによって、溶着箇所を特定することができる。
【０１５１】
温度分布測定装置としては、サーモグラフィ装置以外に、放射温度計を用いて、端子１２ａが接触している複合材料１１ａの接触箇所及びその周辺の所定箇所の温度を測定して温度分布を求めても構わない。
【０１５２】
記憶装置２３は、複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の接合の良否判定に用いる基準となる温度データが予め記憶されている。判定装置２４はサーモグラフィ装置２５で得られた複合材料の表面の温度分布に関するデータと記憶装置２３に記憶された基準となる温度データとを比較する。
【０１５３】
そして、判定装置２４は、サーモグラフィ装置２５で得られた温度分布に関するデータが基準となる温度データと同一範囲内であると判断したときは、接合は良好であると判定し、それ以外のときは、接合は不良であると判定する。判定装置２４は、その判定結果を必要に応じて記憶装置２３に記憶するとともに表示装置１８に表示する。このように、接合目標位置の規準となる端子１２ａが接触している複合材料１１ａの接触箇所及びその周辺の所定箇所の温度を測定して温度分布を求めているため、端子から離れたところで溶着した場合でも、接合目標位置を中心として設定した溶着の許容範囲内か否かを温度分布で観測することができるため、容易に良否判定をすることができる。また、サーモグラフィ装置２５は、複合材料１１ａ、１１ｂの接合界面の温度を観測することを目的としていないため、複合材料１１ａ、１１ｂの上部又は下部の離れた位置に設けることができるため、複合材料の形状、大きさ、接合装置を使用する設備などの条件に制約されることがない。また、接合の良否判定を判定装置２４で行うので、接合の良否判定の作業が軽減できる。
【０１５４】
制御装置１６は、２つの複合材料１１ａ、１１ｂを加圧しつつ接合目標位置に電流を通電できるように、加圧装置１３、スイッチ１４を制御し、複合材料１１ａ、１１ｂの炭素繊維に電流を流してジュール熱により接合を行う。その際に、サーモグラフィ装置２５を起動し、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置の温度分布に関するデータを得て表示装置１８に表示する。また、判定装置２４はサーモグラフィ装置２５で得られた温度分布に関するデータと記憶装置２３に記憶された基準となる温度データとを比較し、その判定結果を表示装置１８に表示出力する。
【０１５５】
図１７は、複合材料１１ａ、１１ｂの接合中にサーモグラフィ装置２５で得られた接合が良好に行われた場合の画像の一例を示す斜視図である。図１７では、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置１９を端子１２ａ、１２ｂで押さえて、その押さえである端子１２ａを中心に接合目標位置１９が温度上昇している場合を示している。右側のゲージ２０は温度℃を表している。すなわち、図１７に示すように、押さえである端子１２ａを中心にして接合目標位置１９が温度上昇しており、複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の接合は良好に行われている場合を示している。
【０１５６】
このように、サーモグラフィ装置２５で得られる温度分布に関するデータを画像として表示装置１８に表示して監視しながら接合する。すなわち、複合材料１１ａ、１１ｂを加圧しつつ、複合材料１１ａ、１１ｂの炭素繊維に電流を流して発熱させ、熱可塑性樹脂を溶融して接合する。そして、２つの複合材料１１ａ、１１ｂが接合するのに必要な所定時間が経過すると、加圧及び電流の通電を停止して接合を終了する。
【０１５７】
図１８は、接合が良好に行われた場合の２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の表面拡大写真であり、図１８（ａ）は上板である複合材料１１ａの接合箇所の表面拡大写真、図１８（ｂ）は下板である複合材料１１ｂの接合箇所の表面拡大写真である。図１８（ａ）、図１８（ｂ）では、接合後に２つの複合材料１１ａ、１１ｂを剥離させたものを示している。図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示すように、複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所は、接合部２１ａ、２１ｂの双方が接合目標位置１９を含む範囲に形成されており、接合が良好であることが分かる。
【０１５８】
すなわち、図１７に示すように、押さえである端子１２ａを中心にして接合目標位置１９が温度上昇している場合には、複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の接合は良好に行われていることが分かる。従って、押さえである端子１２ａを中心にして接合目標位置１９が温度上昇している場合には、接合は良好に行われていると判定できる。記憶装置２３には、接合状態の良否判定用の基準となる温度データが予め記憶されている。例えば、接合する複合材料の物性、厚さ、接合条件などの諸条件から得た良判定としての温度データを参照画像として予め記憶しておき、サーモグラフィから得られた温度データとしての画像と比較して溶接状態の良否判定をする。また、参照画像ではなく、接合目標位置での温度データを数式・数値化して予め記憶装置２３に記憶しておいても構わない。
【０１５９】
図１９は、複合材料１１ａ、１１ｂの接合中にサーモグラフィ装置２５で得られた接合が不良に行われた場合の画像の一例を示す斜視図である。図１９では、押さえである端子１２ａ（接合目標位置１９）から離れた箇所で、不特定多数に温度上昇している場合を示している。右側のゲージ２０は温度℃を表している。すなわち、図１９に示すように、押さえである端子１２ａ（接合目標位置１９）から離れた離間箇所２２ａ、２２ｂで温度上昇している。
【０１６０】
図２０は、接合が不良に行われた場合の２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の表面拡大写真であり、図２０（ａ）は上板である複合材料１１ａの接合箇所の表面拡大写真、図２０（ｂ）は下板である複合材料１１ｂの接合箇所の表面拡大写真である。図２０（ａ）、図２０（ｂ）では、接合後に２つの複合材料１１ａ、１１ｂを剥離させたものを示している。
【０１６１】
図２０（ａ）に示すように、複合材料１１ａの接合箇所は、接合目標位置１９から離れた２箇所に形成されており、接合部２１ａ１、２１ａ２であることが分かる。同様に、図２０（ｂ）に示すように、複合材料１１ｂの接合箇所も、接合目標位置１９から離れた２箇所に形成されており、接合部２１ｂ１、２１ｂ２であることが分かる。
【０１６２】
図１９に示すように、押さえである端子１２ａを中心にして接合目標位置１９が温度上昇していない場合（接合目標位置１９から離れた箇所で、不特定多数に温度上昇している場合）には、接合目標位置１９の範囲内で全く接合していないか、又は接合目標位置１９の範囲内で接合していた場合でも接合面積が小さい可能性が高いと推測することができる。
【０１６３】
この場合には、接合強度が低下したり、外観を重視する製品において、美感を損ねるという問題があるため、接合は不良に行われていると判定する。
【０１６４】
ここで、サーモグラフィ装置２５は、複合材料１１ａと複合材料１１ｂの両方向から観た接合状態の画像を取得し、それらを合成した結果に基づいて、溶接状態の良否判定を行ってもよい。また、１つのサーモグラフィ装置２５を移動して複合材料１１ａと複合材料１１ｂの両方向から観た接合状態の画像を取得してもよい。
【０１６５】
さらに、サーモグラフィ装置２５を端子１２ａ又は１２ｂを同心円の中心として、その周囲を所定の角度だけ移動してもよい。端子１２ａ又は１２ｂのある一方向から温度分布を観測した場合には、端子１２ａ又は１２ｂの裏面（サーモグラフィ装置と対向している面の反対側）の温度上昇を観測して接合の良否を判断することが困難であるため、端子１２ａ又は１２ｂを同心円の中心として、サーモグラフィ装置２５を、例えば、９０度〜１８０度回動させることで、一方向から温度分布を観測した場合に比べて、端子１２ａ又は１２ｂを中心とした全体的な温度分布を得ることができる。このように、サーモグラフィ装置２５で得られた画像を監視することで、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合箇所の良否判定を容易に行うことができる。
【０１６６】
以上の説明では、加圧を加える端子１２ａ、１２ｂを通して接合電流を通電する例について説明したが、必ずしも加圧を加える端子１２ａ、１２ｂを通流させる必要はなく、図２１に示すように、複合材料１１ａ、１１ｂの所定の箇所にスイッチ１４又は電源１５に接続される通電用の電極端子を接続して通電を行っても構わない。図２１では、複合材料１１ａ、１１ｂのそれぞれの端部に通電用の電極端子を接続している。
【０１６７】
また、以上の説明では、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合について説明したが、接合対象となる複合材料の枚数はこれに限られず、図２２に示すように、接合対象となる複合材料は、３つ以上であっても構わない。図２２では、３枚の複合材料１１ａ１、１１ｂ、１１ａ２を重ね合わせ、それらの上下２枚の複合材料１１ａ１、１１ａ２のそれぞれの接合表面の接合目標位置に端子１２ａ、１２ｂを接触させて通電を行う。
【０１６８】
また、本発明の実施形態において、不図示の振動を加える振動発生装置を端子１２ａに設置し、通電前に接合面の接合目標位置に所定の振動を与え、その部分の接触抵抗を低下させた上で接合電流を通電させてもよい。この場合には、接合電流は、端子直下の接合面の接合目標位置を通電し易くなるため、接合位置を安定させることができる。これにより、接合箇所が接合目標位置以外の箇所で接合されることを防止でき、さらに、接合箇所が複数個所に点在することを防止することができるため、接合強度の低下を防ぐことができ、また、接合部の外観上の美感を損なうことがない。
【０１６９】
図２３は、本発明の実施形態に係る複合材料接合評価方法の工程の一例を示すフローチャートである。まず、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合面１１ｃを接触させる（Ｓ１）。次に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置を所定圧力で加圧し（Ｓ２）、振動を与え（Ｓ３)、その後に、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置に電流を通電させる（Ｓ４）。
【０１７０】
次に、サーモグラフィ装置２５を起動し接合状態を観測する（Ｓ５）。すなわち、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合目標位置の温度分布に関するデータを取得し、接合箇所の温度分布の画像を観測する。そして、サーモグラフィ装置２５で取得した温度分布に関するデータと、基準となる温度データとを比較し（Ｓ６）、接合箇所の良否判定を行う（Ｓ７）。
【０１７１】
このように、２つの複合材料１１ａ、１１ｂの接合過程で、サーモグラフィ装置２５で得られる温度分布に関するデータとしての画像を監視するので、２つの複合材料の接合後に検査のために剥離しなくても、その接合の良否判定を容易に行える。従って、特に、炭素繊維が熱可塑性樹脂にランダムに分散されている複合材料の接合の場合に有効である。
【０１７２】
次に本発明の実施形態に係る接合体を説明する。本発明の接合体は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で振動を与えると同時または与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合してなるものである。
【０１７３】
ここで、炭素繊維、熱可塑性樹脂、複合材料については、前記したものと同じものを用いることができる。複合材料は、特に制限はないが、炭素繊維が熱可塑性樹脂中にランダムに分散したものがよく、炭素繊維は平均繊維長が１〜１００ｍｍの不連続のものがよい。上記炭素繊維は炭素繊維束や単糸の状態で存在していてもよく、炭素繊維束と単糸とが適度な割合で存在していてもよい。通電により形成される溶着部が１箇所に基本的に集中するためであるが、その理由の詳細は不明である。接合体の製造方法としては、特に制限はなく、例えば、射出成形、圧縮成形が挙げられる。
【０１７４】
本発明における複合材料中の炭素繊維の含有量は、接合体の接合強度や意匠性の点および生産性のバランスを考慮すると、体積割合（Ｖｆ）で１０〜９０％であることが好ましい。Ｖｆが１０％以上あることで安定して複合材料に通電させることができる。また、Ｖｆを９０％以下とすることで抵抗値を確保しジュール熱を得ることができる。通電および発熱の観点から安定した接合体を得るために、より好ましくはＶｆが２０〜５５％であり、さらに好ましくはＶｆが２０〜５０％である。
【０１７５】
２以上の複合材料は、少なくとも１つの平面部または曲面部を有する。この平面部同士、または曲面部同士を互いに向かい合わせて重ね、密着させて接合面が形成される。この接合面を形成する上記平面部はいずれも平坦である。接合する面が互いに曲面部の場合は、両方の曲率半径はほぼ同じであり両者とも平坦である。ここで、平坦とは、互いに重ねる平面部または曲面部の両表面の平滑性が良好であることを意味し、例えばエネルギーダイレクタのような凸部は有しない。表面が平滑であることの一つの指標として、Ｒａが３００以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましい（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３年準拠）。
【０１７６】
ここで、重ねあわされる複合材料の平面部または曲面部は２以上あってもよい。すなわち、本発明の接合体は、複数の接合面を有する、独立した２以上の接合部を持っていてもよい。
【０１７７】
本発明に用いる複合材料は、接合部を形成するための平坦な平面部または曲面部またはその両方を１以上有していればよく、接合に関与しない部分の形状は特に制限はない。接合面を有していれば、その接合面以外の形状は同じであっても異なっていてもよい。もちろん、接合に関与しない平面部または曲面部を有することもできる。
【０１７８】
さらに、重ねあわされる複合材料の平面部は、重ね合せた接合面に溶着部が形成できればよく、形状や面積が同一であっても異なっていてもよい。重ね合せられる平面部の形状としては特に制限はない。例えば、多角形、円形、楕円形、およびそれらの形状の組合せでも良い。また、重ね合せる２以上の複合材料における接合部の厚みについても特に制限はなく、同じ厚みでも良いし、異なっていても良い。また、それぞれの複合材料の接合部の厚みは均一でなくても良い。
【０１７９】
このような２以上の複合材料の平坦部同士を重ね合わせた接合面を、接触させた状態で振動を与えると同時または与えている状態で、前記２以上の複合材料はジュール熱で接合される。ここで、振動を与える方向は、２以上の複合材料の接合面に対して、水平方向または垂直方向のいずれの方向であってもよいが、垂直方向の振動が望ましいのは前述したとおりである。ジュール熱で接合する方法についても前述のとおりである。
【０１８０】
本発明の接合体における接合面は、例えば図５に示すように略円形の溶着部を有する。溶着部とは、複合材料を構成する熱可塑性樹脂が通電によるジュール熱により加熱されて溶融し、その後冷却され固化した部分である。
【０１８１】
本発明の接合体は、接合面を構成する複合材料の平面または曲面がいずれも平滑なので、重ね合わされ溶着された接合部の厚みは重ね合わせた複合材料の厚みの合計と実質的に同じである。また、溶着部の面積にもよるが、通電により溶融した熱可塑性樹脂の一部が接合部、特に接合面からはみ出すことがほとんどなく、意匠性が良好である。さらに、超音波溶着による溶着と異なり、接合部における複合材料の、接合面と反対側の表面に凸部や凹部を生じることがなく、表面平坦性および意匠性が良好である。
【０１８２】
本発明によれば、上記接合体は、前記した方法を用いた、例えば以下の（１）、（２）、（３）の３つの態様の製造方法を包含することは明らかである。  
（１）炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記２以上の複合材料の接合目標位置を加圧し、前記２以上の複合材料の接合面を接触させた状態で前記接合目標位置に振動を与え、加圧されている前記２以上の複合材料に振動を与えている状態で、前記２以上の複合材料をジュール熱で接合するための電流を前記接合目標位置に通電することを特徴とする接合体の製造方法。  
（２）前記２以上の複合材料の接合目標位置に与える振動は、前記２以上の複合材料の接合面が熱可塑性樹脂の融点以下の温度に加熱されるような振動であることを特徴とする上記（１）に記載の接合体の製造方法。  
（３）前記２以上の複合材料が溶け合って溶着した状態となったときは前記所定圧力より小さい圧力で加圧して前記２以上の複合材料を接合することを特徴とする上記１または２に記載の接合体の製造方法。
【０１８３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１８４】
１１…複合材料、１２…端子、１３…加圧装置、１４…スイッチ、１５…電源、１６…制御装置、１７…振動発生装置、１９…接合目標位置、２０…ゲージ、２１…接合部、２２…離間箇所、２３…記憶装置、２４…判定装置、２５…サーモグラフィ装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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