(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂に炭素繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなる２つの複合材を接合した接合体の製造方法であって、
前記２つの複合材として、凹部が形成された２つの複合材を準備する工程と、
前記２つの複合材のうち少なくとも一方の複合材の凹部に、加熱することにより発泡する発泡材を挿入する工程と、
前記２つの複合材の間に中空部が形成されるように、前記２つの複合材の前記凹部同士が向き合った状態で前記２つの複合材を接触させる工程と、
前記２つの複合材が接触する接触面同士を加圧するとともに、前記接触面同士を摺動するまたは前記接触面同士に超音波振動を付与することにより、前記接触面同士を発熱させ、前記接触面同士を融着させるとともに、前記接触面同士の発熱した熱により、前記中空部内で前記発泡材を発泡させ、前記中空部に前記発泡材を充填する工程と、を含み、
前記発泡材の材料は、前記２つの複合材を構成する熱可塑性樹脂の軟化点よりも低い温度で発泡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、繊維強化樹脂材料からなる２つの複合材を接合した接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、管状部材に形成された中空部に、加熱することにより発泡する発泡材を挿入し、管状部材を加熱することにより、管状部材の中空部で発泡材を発泡させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、管状部材の中空部に発泡した発泡材が充填されるので、剛性および遮音性を高めた中実成形体を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２０９６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した管状部材などの中空部を有した中空部材は、凹部が形成された２つの部材を、凹部が向き合った状態で、接合することにより製造されることがある。上述した中実成形体を製造する際には、２つの部材を接合して中空部を有した接合体を製造した後、接合体の中空部に発泡材を挿入し、加熱炉で接合体を加熱することになり、その作業に手間がかかる。特に、接合体が熱可塑性樹脂からなる場合には、発泡材を発泡させるべく、接合体内の発泡材に熱を伝えるのに時間がかかってしまう。
【０００５】
本発明は、このような点を鑑みて、その目的とするところは、中空部が形成されるように２つの部材を接合するとともに、接合体の中空部に発泡材が充填された中実の接合体を簡単に製造することができる接合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を鑑みて、本発明に係る接合体の製造方法は、熱可塑性樹脂に炭素繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなる２つの複合材を接合した接合体の製造方法であって、前記２つの複合材として、凹部が形成された２つの複合材を準備する工程と、前記２つの複合材のうち少なくとも一方の複合材の凹部に、加熱することにより発泡する発泡材を挿入する工程と、前記２つの複合材の間に中空部が形成されるように、前記２つの複合材の前記凹部同士が向き合った状態で前記２つの複合材を接触させる工程と、前記２つの複合材が接触する接触面同士を加圧するとともに、前記接触面同士を摺動するまたは前記接触面同士に超音波振動を付与することにより、前記接触面同士を発熱させ、前記接触面同士を融着させるとともに、前記接触面同士の発熱した熱により、前記中空部内で前記発泡材を発泡させ、前記中空部に前記発泡材を充填する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、２つの複合材の凹部同士が向き合うように、２つの複合材を接触させたときに、２つの凹部により中空部が形成され、この中空部に発泡材が配置される。この状態で、２つの複合材の接触面同士を加圧しながらこれらを摺動するまたはこれらに超音波振動を付与することにより、接触面同士に熱が発生する（摺動面同士が発熱する）。
【０００８】
２つの複合材は、熱可塑性樹脂に炭素繊維が含有しているので、この発熱した熱により接触面同士の熱可塑性樹脂は軟化し、接触面同士が融着される。また、接触面同士で発熱した熱は、炭素繊維を介して発泡材が配置された中空部に効率良く均一に伝達される。この結果、中空部に配置された発泡材を、加熱炉等のその他の熱源を利用することなく、伝達された熱により効率良く発泡させることができる。
【０００９】
このようにして、２つの複合材を接合しながら、これらの間に形成された中空部で発泡材を発泡することができ、２つの複合材からなる接合体の中空部に発泡材を充填した中実成形体を簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の接合体の製造方法を説明するための一連の工程を示した図である。
【図２】図１（ｂ）〜（ｅ）の工程で使用する振動溶着機の模式的概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜図１（ｆ）は、本発明の接合体１の製造方法を説明するための一連の工程を示した図である。図２は、図１（ｂ）〜（ｅ）の工程で使用する振動溶着機３０の模式的概念図である。
【００１２】
本実施形態では、図１（ｆ）に示す接合体１を製造する。接合体１は、２つの複合材２１，２２を接合した中空接合体２の内部（中空部２８）に、発泡材３を充填した中実接合体である。中空接合体２は、熱可塑性樹脂に炭素繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなり、発泡材３は、発泡した熱可塑性樹脂からなる。中空接合体２と発泡材３との熱可塑性樹脂は、同じ熱可塑性樹脂である必要はない。
【００１３】
以下に、接合体１の製造方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、２つの複合材２１，２２を準備する。各複合材２１，２２は、熱可塑性樹脂に炭素繊維を含有した強化繊維樹脂材料（ＣＦＲＰ）からなる。
【００１４】
複合材２１，２２に含まれる熱可塑性樹脂の軟化点（融点）は、その材料によって異なるが、１８０〜２８０℃程度である。熱可塑性樹脂の材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）などを挙げることができ、後述する接合時に、軟化することができるものであれば、特にその材料は限定されるものではない。
【００１５】
各複合材２１（２２）には、凹部２３（２４）が形成されており、凹部２３の両側には、これらを接合するための一対の鍔部２５，２５（２６，２６）が形成されている。複合材２１，２２は、射出成形により成形すること、または板状の繊維強化樹脂材料を熱圧成形することにより得ることができる。
【００１６】
次に、図１（ｂ）に示すように、２つの複合材２１，２２のうち、一方の複合材２１を、下冶具３１にセットする。なお、下冶具３１は、後述する図２に示す振動溶着機３０の下冶具である。次に、セットした複合材２１の凹部２３に、加熱することにより発泡する発泡材３’を挿入する。発泡材３’は未発泡または予備発泡された（完全には発泡していない）熱可塑性樹脂からなる材料である。
【００１７】
発泡材３’の材料としては、たとえば、未発泡の状態または予備発泡された状態のポリウレタンフォーム、ポリオレフィン発泡体、シリコーンフォームなどを挙げることができる。複合材２１，２２の接合の際に発熱する熱により発泡する（見かけ上の体積が膨張する）ことができるものであれば、発泡材３’の材料は、特に限定されず、複合材２１，２２を構成する熱可塑性樹脂の軟化点よりも低い温度で発泡するものが好ましい。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、２つの複合材２１，２２の間に中空部２８が形成されるように、２つの複合材２１，２２の凹部２３，２４同士が向き合った状態で２つの複合材２１，２２を接触させる。本実施形態では、複合材２１の鍔部２５と複合材２２の鍔部２６とが、接触面２５ａ，２６ａで接触する。
【００１９】
この接触状態で、上冶具３２に複合材２２を配置する。具体的には、図２に示す加圧シリンダ３３をガイドシャフト３４に沿って可動し、下冶具３１と共に複合材２１，２２を上昇させることにより、複合材２２を上冶具３２に配置することができる。
【００２０】
次に、図１（ｄ）および図２に示すように、振動溶着機３０を用いて、２つの複合材２１、２２を接合するとともに、中空部２８に配置（挿入）された、発泡材３’を発泡させる。
【００２１】
具体的には、まず下冶具３１を介して、加圧シリンダ３３で、下冶具３１から上冶具３２に向かって、２つの複合材２１，２２が接触する接触面２５ａ，２６ａ同士を加圧する。次に、電源３５から電磁コイル３６に電流を周期的に通電することで、ドライバーボックス３９を介して、スプリング３７を振動させ、上冶具３２を水平方向に振動させる。上冶具３２の振動は、ピックアップセンサ３８の検出信号によりフィードバック制御される。
【００２２】
これにより、図１（ｅ）に示すように、複合材２１，２２の接触面２５ａ，２６ａ同士を摺動させることができる。この摺動により、接触面２５ａ，２６ａ同士を発熱させ、接触面２５ａ，２６ａ同士を融着させる。さらに、接触面２５ａ，２６ａ同士の発熱した熱により、中空部２８内で発泡材３’を発泡（膨張）させ、中空部２８に発泡材３を充填する。
【００２３】
この時、接触面２５ａ，２６ａ同士を、複合材２１，２２に含まれる熱可塑性樹脂の軟化点以上の温度で発熱させる。これにより、この発熱した熱により接触面２５ａ，２６ａ同士の熱可塑性樹脂は軟化し、接触面同士が融着された融着部２９が形成される。
【００２４】
また、複合材２１，２２には炭素繊維が分散して含まれているので、接触面２５ａ，２６ａ同士で発熱した熱は、炭素繊維を介して発泡材３’が配置された中空部２８に効率良く均一に伝達される。これにより、中空部２８に配置された発泡材３’を、加熱炉等のその他の熱源を利用することなく、伝達された熱により効率良く発泡させることができる。
【００２５】
なお、接触面２５ａ，２６ａ同士の摺動は、複合材２１，２２が相対的に接近した距離（すなわち、複合材２１が複合材２２に対して沈み込んだ量）が、所定の距離（所定の量）に達したときに終了する。
【００２６】
その後、振動溶着機３０から接合体１を取り外し、図１（ｆ）に示す接合体１を得ることができる。このように、本実施形態では、複合材２１，２２同士を融着する熱を利用して、複合材２１，２２同士の融着と、発泡材３’の発泡とを同時に行うことができる。これにより、凹部２３，２４同士により形成された中空部２８に発泡材３が充填された接合体１を簡単に製造することができる。
【００２７】
製造された接合体１は、中空接合体２の中空部２８に、発泡材３が充填されているので、中空接合体２のみのものに比べて、その剛性は高く、その遮音性をも高い。さらに、接合体１は、同じ形状の繊維強化樹脂材料のみからなる中実体に比べて軽量であり、安価に製造することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【００２９】
本実施形態では、複合材の接触面同士を振動溶着機を用いて摺動することにより、接触面同士を発熱させてこれらを溶着した。この他にも、複合材の接触面を加圧した状態で、一方側の複合材の鍔部に超音波ホーンを配置し、接触面同士に超音波振動を付与することにより、接触面同士を発熱させ、接触面同士を融着し、発泡材を発泡させてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１：接合体、２：中空接合体、３’，３：発泡材、２１，２２：複合材、２３，２４：凹部、２５，２６：鍔部、２５ａ，２６ａ：接触面、２８：中空部、２９：融着部、３０：振動溶着機、３１：下冶具、３２：上冶具、３３：加圧シリンダ、３４：ガイドシャフト、３５：電源、３６：電磁コイル、３７：スプリング、３８：ピックアップセンサ、３９：ドライバーボックス。
【図１】
0006428577.tif 000002
【図２】
0006428577.tif 000003