(57)【要約】  本発明は、熱可塑性材料（１０）を繊維複合材料（１１）に接合する方法に関し、熱可塑性材料（１０）を繊維複合材料（１１）に溶接し、繊維複合材料が、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、マトリックス材料が、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含む。好ましくは、熱可塑性材料（１０）と繊維複合材料（１１）を運動溶接及び（又は）誘導溶接によって互いに溶接する。加うるに、好ましい誘導溶接の場合、導電性材料を熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に配置し、熱可塑性材料が溶け始め、そして繊維複合材料を加熱するのに十分な誘導加熱を導電性材料に生じさせる。
2010516494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料（１０）を繊維複合材料（１１）に接合する方法であって、前記熱可塑性材料（１０）を前記繊維複合材料（１１）に溶接し、前記繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、前記マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含む、方法。
【請求項２】
前記熱可塑性材料（１０）を運動溶接により前記繊維複合材料（１１）に溶接する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
運動溶接中、前記熱可塑性材料（１０）と前記繊維複合材料（１１）を、前記熱可塑性材料（１０）が溶け始め、前記繊維複合材料（１１）が加熱されるような仕方で互いに対して動かす、請求項２記載の方法。
【請求項４】
運動溶接中、前記熱可塑性材料（１０）と前記繊維複合材料（１１）を、前記熱可塑性材料（１０）が溶け始め、前記繊維複合材料（１１）が加熱されるように前記熱可塑性材料（１０）と前記繊維複合材料（１１）が互いに圧接されるような仕方で互いに対して動かす、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記熱可塑性材料を誘導溶接により前記繊維複合材料に溶接する、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
導電性材料を前記熱可塑性材料と前記繊維複合材料との間の接合領域に配置し、前記熱可塑性材料が溶け始め、そして前記繊維複合材料を加熱するようにするのに十分な誘導加熱を前記導電性材料に生じさせる、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記導電性材料は、スロット付きの延伸金属箔である、請求項６記載の方法。
【請求項８】
中間周波数又は高周波数を用いて前記誘導加熱を生じさせる、請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記繊維複合材料の繊維は、一方向に配向され又は織布を形成する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１０】
前記繊維複合材料（１１）は、炭素繊維及び（又は）ガラス繊維、好ましくはＣＦＲＰ材料及びＧＲＰ材料を含む、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１１】
前記繊維複合材料（１１）は、樹脂を用いて、特に重付加樹脂及び重縮合樹脂を用いて作られる、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
前記繊維複合材料（１１）は、ハニカム構造体（１５）、特にノメックス（Nomex）ハニカム上に配置される、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１３】
前記ハニカム構造体（１５）は、層の形態をしており、前記繊維複合材料（１１）は、前記ハニカム構造体（１５）の２つの互いに反対側に向いた側部に層の状態で被着される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記熱可塑性材料（１０）は、１種類又は２種類以上のエンジニアリングサーモプラスチックから成り又は１種類又は２種類以上のエンジニアリングサーモプラスチックを含む、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱可塑性材料（１０）は、ポリアミドから成り又はポリアミドを含む、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱可塑性材料（１０）は、ブラケット（３３）の構成成分であり、又は、前記ブラケット（３３）は、前記熱可塑性材料（１０）から成り、前記繊維複合材料（１１）は、コンポーネント（３２）の構成成分であり、又は、前記コンポーネント（３２）は、前記繊維複合材料（１１）から成り、前記ブラケット（３３）を前記コンポーネント（３２）に接合してブラケット構成体を形成するために、前記ブラケット（３３）の前記熱可塑性材料（１０）を前記コンポーネント（３２）の前記繊維複合材料（１１）と共に溶接する、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１７】
前記コンポーネントは、航空機（３０）の側壁パネル、好ましくは、作動中与圧可能な前記航空機の空間（３１）内に設けられた側壁パネル及び（又は）前記航空機のハットラックボックス（hat rack box）又は前記側壁パネルの一部及び（又は）前記ハットラックボックスの一部である、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記方法は、航空機（３０）内で、好ましくは作動中、与圧可能な航空機（３０）内の空間（３１）中で実施される、請求項１〜１７のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１９】
熱可塑性材料（１０）及び繊維複合材料（１１）で構成される装置であって、前記熱可塑性材料（１０）及び前記繊維複合材料（１１）は、接合部を構成し、前記繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、前記マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含み、前記接合部は、請求項１〜１８のうちいずれか一に記載の方法を用いて製作可能である、装置。
【請求項２０】
前記装置は、熱可塑性材料（１０）を含み又は熱可塑性材料（１０）から成る第１の層と、前記接合部により前記第１の層に接合され、繊維複合材料（１１）を含み又は繊維複合材料（１１）から成る第２の層と、前記接合部から見て遠くに位置する前記第２の層の側部上に配置され、ハニカム構造体及び（又は）フォームを含み又はハニカム構造体及び（又は）フォームから成る第３の層（１２）とを含む層のシーケンスを有する、請求項１９記載の装置。
【請求項２１】
前記装置は、ブラケット（３３）及びコンポーネント（３２）を含むブラケット構成体を有し、前記熱可塑性材料（１０）は、前記ブラケット（３３）の構成成分であり、又は、前記ブラケット（３３）は、前記熱可塑性材料（１０）から成り、前記繊維複合材料（１１）は、前記コンポーネント（３２）の構成成分であり、又は、前記コンポーネント（３２）は、前記繊維複合材料（１１）から成り、前記ブラケット（３３）は、前記接合部によって前記コンポーネント（３２）に接合されている、請求項１９又は２０記載の装置。
【請求項２２】
前記コンポーネントは、航空機（３０）の側壁パネル、好ましくは、作動中与圧可能な前記航空機の空間（３１）内に設けられた側壁パネル及び（又は）前記航空機のハットラックボックス（hat rack box）又は前記側壁パネルの一部及び（又は）前記ハットラックボックスの一部である、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記ブラケット構成体は、航空機（３０）内に、好ましくは作動中、与圧可能な航空機（３０）中の空間（３１）内に配置される、請求項２１又は２２記載の装置。
【請求項２４】
前記装置は、航空機（３０）である、請求項１９〜２３のうちいずれか一に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性材料を繊維複合材料に接合する方法に関する。加うるに、本発明は、熱可塑性材料及び繊維複合材料で構成された装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に航空機の製作にあたり、熱可塑性材料は、機械的取り付け具、例えばねじ又は接着手段によって繊維複合材料に取り付けられる場合が多い。例えば、熱可塑性材料から成るプラスチック製ブラケットは、与圧領域内で、例えば航空機の客室領域内で、繊維複合材料から成るコンポーネント、例えば側壁パネル又はハットラックボックス（hat rack box）に取り付けられる場合が多い。
【０００３】
熱可塑性材料から成るプラスチック製ブラケットを繊維複合材料から成るコンポーネントに接着するには、プラスチック製ブラケットの付着面の非常に複雑な前処理が必要である。かかる表面は、先ず最初に、粗くされ、次に下塗剤（プライマー）で前処理されなければならない。この前処理を行った後でなければプラスチックブラケットをコンポーネントに接着することができない。次に、接着剤が硬化し、必要な初期接着強さを示すまで、或る特定の期間、一般に５〜８時間待つ必要がある。熱硬化性である接着剤も又しばしば用いられる。かかる接着剤を用いる場合、互いに接合されるべきプラスチック製ブラケットとコンポーネントは、オーブン内で最高４８時間にわたり硬化されなければならない。かくして、接着プロセスは、非常に複雑であり且つ時間がかかる。さらに、接着剤は、健康に対して有害な成分を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
代替的に又は追加的に、熱可塑性材料から成るプラスチック製ブラケットは、繊維複合材料から成るコンポーネントにねじにより取り付けられる場合が多い。しかしながら、これには、ねじのための穴の寸法及び位置がプラスチック製ブラケット及びコンポーネントの製作中、できるだけ早く知られることが必要であり、しかも、コンポーネント及び（又は）プラスチック製ブラケットの取り付け位置の変更が行われる場合、新たな穴を設けなければならないという欠点がある。これは、製造プロセス全体にとって不都合である。
【０００５】
本発明の目的は、繊維複合材料への熱可塑性材料の接合方法であって、公知の接着法よりも複雑さが少なく且つ時間がかからず、更に健康に有害な追加の物質を用いず、機械的取り付け具、例えばねじの使用と比較して、熱可塑性材料が繊維複合材料に接合される位置を変更するのを簡単にする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】
この目的は、熱可塑性材料を繊維複合材料に接合する方法であって、熱可塑性材料を繊維複合材料に溶接し、繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする方法によって達成される。
【０００７】
熱可塑性材料を繊維複合材料に溶接することにより、これら材料を互いに接合するのに必要な時間が、非常に大幅に短縮される。具体的に言えば、この時間は、ほんの数秒になる。加うるに、一般に、これら材料は、前処理される必要がなく、健康に有害な追加の物質が不要である。さらに、コンポーネント及びプラスチック製ブラケットに穴を形成する必要がなく、したがって、熱可塑性材料が繊維複合材料に接合される位置を変更するのが容易になる。
【０００８】
熱可塑性材料を「運動溶接（motion welding）」によって繊維複合材料に溶接することが好ましい。「運動溶接」という用語は、熱可塑性材料と繊維複合材料の相対運動であって、熱可塑性材料と繊維複合材料を互いに溶接するのに十分な運動熱を接合領域に生じさせる相対運動を包含する。さらに、熱可塑性材料と繊維複合材料を、運動溶接中、特に熱可塑性材料が溶け始めて繊維複合材料が加熱されるように熱可塑性材料が繊維複合材料に対して動かされるような仕方で互いに対して動かすことが好ましい。さらに、運動溶接中、熱可塑性材料と繊維複合材料を、特に熱可塑性材料が溶け始め、繊維複合材料が加熱されるような仕方で熱可塑性材料と繊維複合材料が互いに圧接されるよう互いに対して動かすことが好ましい。
【０００９】
運動溶接により、簡単な仕方で、熱可塑性材料と繊維複合材料を互いに溶接するのに十分な運動熱、特に摩擦熱を熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に生じさせることができる。
【００１０】
同様に、運動溶接のエネルギーは又、熱可塑性材料の標的除去のために利用できる。
【００１１】
例えば熱可塑性材料と繊維複合材料の相互回転運動及び（又は）振動運動によって相対運動を生じさせることができる。振動運動を用いる場合、繊維複合材料と熱可塑性材料を好ましくは、振動溶接により互いに接合する。振動溶接の際、熱可塑性材料と繊維複合材料を互いに溶接するのに十分な摩擦熱を振動運動により熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に生じさせる。
【００１２】
加うるに、熱可塑性材料を誘導溶接により繊維複合材料に溶接することが好ましい。この目的で、導電性材料を熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に配置し、熱可塑性材料が溶け始め、そして繊維複合材料を加熱するようにするのに十分な誘導加熱を導電性材料に生じさせることが好ましい。誘導溶接の際、抵抗加熱硬化及び（又は）磁気ヒステリシスによって誘導加熱を生じさせる電流を好ましくは、導電性材料中に誘導する。好ましくは、誘導加熱を発生させるため、金属粒子及び（又は）金属層を熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に導入する。
【００１３】
さらに、導電性材料は、スロット付きの延伸金属箔、例えばアストロストライク（Astrostrike）という商標名の金属箔であることが好ましい。導電性材料は、好ましくは、アルミニウム及び（又は）銅で作られると共に（或いは）アルミニウム及び（又は）銅を含む。さらに、導電性材料は、金属織布及び（又は）金属層であることが好ましい。さらに、導電性材料は、金属ナノ粒子を含み又は金属ナノ粒子から成ることが好ましい。導電性材料、特に金属層は、好ましくは、１種類又は数種類の金属から成るのが良い１種類又は数種類の金属粉末の溶射法により、或いは１種類又は数種類の金属の焼結法の使用により又は特に熱可塑性材料上における１種類又は数種類の金属箔及び（又は）１種類又は数種類のはんだ材料の溶融によって得られる。
【００１４】
さらに、中間周波数又は高周波数を用いることにより誘導加熱を生じさせることが好ましい。好ましい実施形態では、１０〜５０ｋＨｚの周波数範囲内の周波数を特に２〜５ｋＷの範囲内の電力と共に用いる。別の好ましい実施形態では、４００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲内の周波数を特に２５ｋＷよりも低い電力と共に用いる。
【００１５】
別の好ましい実施形態では、繊維複合材料は、ＣＦＲＰ材料から成り、特に追加の導電性材料を用いないで誘導加熱をＣＦＲＰ材料に生じさせる。誘導加熱は、好ましくは、ＣＦＲＰ材料の表面の近くで生じる。
【００１６】
繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含む。マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含む。繊維複合材料の繊維は、一方向に配向され又は織布を形成することが好ましい。したがって、繊維複合材料は、好ましくは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）であり、即ち、特に、一方向繊維又は織布を形成する繊維を含む強化熱可塑性及び（又は）熱硬化性マトリックス材料である。加うるに、樹脂、特に重付加樹脂及び（又は）重縮合樹脂を用いて繊維複合材料を作ることが可能である。繊維複合材料は、好ましくは、ハニカム構造体上に、特にノメックス（Nomex）ハニカム上に配置される。この場合、ハニカム構造体は、具体的には層の形態をしており、繊維複合材料は、ハニカム構造体の２つの互いに反対側に向いた側部に層の状態で被着される。
【００１７】
熱可塑性材料は、１種類又は２種類以上のエンジニアリングサーモプラスチックから成り又は１種類又は２種類以上のエンジニアリングサーモプラスチックを含むのが良い。さらに、熱可塑性材料は、ポリアミドから成り又はポリアミドを含むのが良い。さらに、熱可塑性材料は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から成り又はＰＥＩ及び（又は）ＰＥＥＫを含むのが良い。好ましい実施形態では、熱可塑性材料は、繊維強化剤、特に短繊維強化剤を含み、繊維は、例えば、炭素繊維及び（又は）ガラス繊維であるのが良い。別の好ましい実施形態では、熱可塑性材料は、繊維強化剤を含まない。
【００１８】
上述の繊維複合材料及び熱可塑性材料を用いることにより、本発明の方法を利用してこれら材料相互間に特に良好な接合部（継手）を作ることが可能である。
【００１９】
加うるに、熱可塑性材料は、ブラケット、特に支持ブラケットの構成成分であり、或いは、ブラケットは、熱可塑性材料から成り、繊維複合材料は、コンポーネントの構成成分であり、或いはコンポーネントは、繊維複合材料から成り、ブラケットの熱可塑性材料は、ブラケットをコンポーネントに接合してブラケット構成体を形成するためにコンポーネントの繊維複合材料と共に溶接されるようにすることが好ましい。ブラケットは、このように、簡単且つ迅速にコンポーネントに接合できる。
【００２０】
繊維複合材料が運動溶接によって熱可塑性材料に接合される場合、熱可塑性材料のブラケットは、運動中に硬化され、他方、熱可塑性材料が溶接されるべきコンポーネントの繊維複合材料は、運動しないことが好ましい。
【００２１】
コンポーネントは、航空機の側壁パネル、好ましくは、作動中与圧可能な航空機の空間内、特に航空機の客室スペース内に設けられた側壁パネル及び（又は）航空機のハットラックボックス（hat rack box）又は側壁パネルの一部及び（又は）ハットラックボックスの一部であるのが良い。さらに、この方法は、航空機内で、好ましくは作動中、与圧可能な航空機内の空間中で、特に航空機の客室スペース内で実施されることが好ましい。かくして、本発明の方法により、特に航空機において熱可塑性材料と繊維複合材料との間に溶接継手又は接合部を簡単且つ迅速にしかも確実に作ることができる。
【００２２】
ブラケットは、好ましくは、これが所望の物品を支持することができるよう構成される。
【００２３】
本発明は、更に、熱可塑性材料及び繊維複合材料で構成される装置であって、熱可塑性材料及び繊維複合材料は、接合部を構成し、接合部は、本発明の方法を用いて製作可能であることを特徴とする装置に関する。
【００２４】
この装置の好ましい形態は、請求項２０〜２４に記載されている。
【００２５】
以下において、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の方法の実施形態を実施できる装置の略図である。
【図２】ＦＲＰ材料と熱可塑性材料との間の本発明の接合部の層状構造を示す図である。
【図３】ＦＲＰ材料のサンドイッチ構造を示す図である。
【図４】ブラケット構成体が配置される客室空間を備えた航空機の略図である。
【図５】熱可塑性材料から成るブラケットの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、熱可塑性材料を繊維複合材料に接合する装置１の略図であり、繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱可塑性樹脂を含む。装置１は、回転・昇降ユニット２と、回転・昇降ユニット２に連結されていて、これを制御する制御ユニット３とを有する。装置１は、更に、ブラケット５を取り外し可能に取り付けることができるブラケットホルダ４を有する。ブラケットホルダ４は、回転・昇降ユニット内に回転可能に且つ高さ調整可能に保持され、その結果、回転・昇降ユニット２は、ブラケットホルダ４によってブラケット５を回転させたり高さに関してその位置を変更したりすることができるようになっている。装置１は、繊維複合材料７、この実施形態ではＦＲＰ材料を保持する繊維複合材料ホルダ６を更に有する。
【００２８】
装置１により、例えば図１に示す高さ位置にあるブラケット５をブラケットホルダ４内に挿入することができる。さらに、繊維複合材料７、特にＦＲＰ材料を繊維複合材料ホルダ６内に挿入することができる。ブラケット５及び繊維複合材料７を対応のホルダ４，６内にいったん挿入すると、ブラケットホルダ４を繊維複合材料７の方向に動かしてブラケット５が所定の圧力で繊維複合材料７に接触するようにする。ブラケット５と繊維複合材料７との間の所定の圧力の発生前、発生中又は発生後に、ブラケット５は、ブラケットホルダ４により所定の周期数で回転し始める。回転運動の結果として、熱可塑性材料から成り又は熱可塑性材料を含むブラケット５の表面と繊維複合材料７の表面は、互いにこすれ合い、したがって運動熱が生じる。この運動プロセスは、これら２つの表面を互いに接合するのに十分な運動熱が生じるまで維持される。次に、この運動を停止させ、これら表面は、冷却する。加熱段階及び冷却段階は各々、数秒しか続かず、特に、各段階は、５秒未満の時間続く。
【００２９】
図４は、作動中、与圧可能な客室領域３１を備えた航空機３０の概略断面図である。客室領域３１内には、コンポーネント３２が設けられ、このコンポーネントは、繊維複合材料、特にＦＲＰ材料を含み又はこれから成る。コンポーネント３２は、ブラケット３３に接合され、このブラケットは、熱可塑性材料を含み又は熱可塑性材料から成る。コンポーネント３２とブラケット３３との間の接合部を本発明の上述の方法によって作るのが良い。
【００３０】
繊維複合材料と熱可塑性材料との間の接合部は、他の材料相互間の溶接接合部とは異なっている。特に、本発明の方法によって作ることができる熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合部の顕微鏡的構造は、他の材料相互間、例えば２つの金属材料相互間の溶接接合部の顕微鏡的構造とは異なっている。
【００３１】
図１では、繊維複合材料７は、繊維複合材料ホルダ６によって支持されている。しかしながら、本発明によれば、繊維複合材料７は、対応のホルダによって保持されるか既に例えば航空機の客室領域内に設けられている大型コンポーネント、例えば側壁パネル又はハットラックボックス（hat rack box）の一部であっても良い。後者の場合、繊維複合材料を保持し又はコンポーネントを保持するホルダは不要である。
【００３２】
回転・昇降ユニット２及び制御ユニット３は、米国特許第５，１６０，３９３号明細書に記載された静止装置の形態をしているのが良い。
【００３３】
変形例として、回転・昇降ユニット２、制御ユニット３及びブラケットホルダ４は、手持ち型のものであっても良い。
【００３４】
ブラケット５は、少なくとも繊維複合材料との接合部の領域が熱可塑性材料から成り、この熱可塑性材料は、本発明による仕方で繊維複合材料に接合される。接合領域に結果的に得られた層のシーケンスが、図２に概略的に示されている。熱可塑性材料１０は、繊維複合材料１１に溶接されている。この実施形態では、繊維複合材料１１は、ハニカム構造体１２、特にノメックス（Nomex）ハニカムに被着されている。好ましくは、ハニカム構造体１２は、繊維複合材料の第２の層１３に被着される。
【００３５】
熱可塑性材料１０は、好ましくは、エンジニアリングサーモプラスチックであり、より好ましくはポリアミドである。しかしながら、本発明によれば、熱可塑性材料は、標準熱可塑性樹脂又は高性能熱可塑性樹脂であっても良い。用いられるエンジニアリングサーモプラスチックは、好ましくは、ＰＡ６６（ガラス繊維入りであるか否かを問わない）、特にＰＡ６６‐ＧＦ３０及びＰＡ６０‐ＧＦ３０、ＰＡ１２、ＰＣ（ポリカーボネート）又はＰＭＭＡである。材料ＰＡ６６、ＰＡ１２及びＰＣは、好ましくは、難燃剤を含み、したがって、好ましくは、特に良好な防火性を有する。
【００３６】
用いられる高性能熱可塑性樹脂は、好ましくは、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）（ガラス繊維入りであるか否かを問わない）及びそのガラス繊維強化改造例である。別の高性能熱可塑性樹脂材料は、例えば、芳香族ポリエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）及びＰＡＩ（ポリアミドイミド）であるのが良い。
【００３７】
繊維複合材料１１は、好ましくはＦＲＰ材料であり、かかる材料は、例えば、炭素繊維及び（又は）ガラス繊維、特にＣＦＲＰ材料及び（又は）ＧＲＰ材料を含むのが良い。繊維複合材料は、好ましくは、樹脂を用いて、特に重付加樹脂及び（又は）重縮合樹脂を用いて作られる。繊維複合材料層１１，１３及びこれらの間に介在して位置するハニカム構造体１２を有する層のシーケンスは、サンドイッチとも呼ばれている。ハニカム構造体１２に代えて又はこれに加えてフォームを用いることができる。
【００３８】
図３は、繊維複合材料層１１が図３においては頂部に位置し、繊維複合材料層１３が図３においては底部に位置したサンドイッチの略図であり、これら層は、ハニカム構造体１５又はフォーム１６を備えた層１４を包囲している。分かりやすくする理由で、図３では、繊維複合材料層１１の一部が除かれている。好ましくは、繊維複合材料層１１は、層１４を完全に覆っている。分かりやすくする理由で、図３では、ハニカム構造体１５とフォーム１６の両方が追加的に示されている。しかしながら、サンドイッチは、繊維複合材料層１１，１３相互間にハニカム構造体１５かフォーム１６かのいずれかだけを有することが好ましい。ハニカム構造体は、好ましくは、ノメックスハニカムである。
【００３９】
繊維複合材料の層１１，１３は、好ましくは、厚さが０．１〜０．２ｍｍであり、より好ましくは厚さが０．１５ｍｍである。
【００４０】
接合プロセスの顕微鏡的シーケンスを次のように説明することができる。
溶接の際、熱可塑性材料の表面は、高粘度相に移り、この高粘度相は、ガラス転移範囲よりも高く且つ融点よりも低い温度にある。このことは、熱可塑性材料は単に溶け始めることを意味している。それと同時に、繊維複合材料の表面は、加熱され、熱可塑性材料の高粘度相との疑似化学結合状態になる。繊維複合材料が樹脂、特に重付加樹脂及び（又は）重縮合樹脂を含む場合、まだ未硬化状態にある場合のある樹脂は、熱可塑性材料の高粘度相と疑似化学結合状態になり、即ち、樹脂は、完全には１００パーセント硬化されない場合があり、例えば、樹脂のうちの５０パーセントを超える割合が硬化され、特に８０パーセントを超える割合が硬化される場合があり、未硬化樹脂は、熱可塑性材料の高粘度相と疑似化学結合状態になる場合がある。さらに、接合部が生じるが、その理由は、ブラケットの高温粘度熱可塑性材料が繊維複合材料の細孔中に引き込まれ、その結果、熱可塑性材料が繊維複合材料に入り込み、したがって接合部が形成される。さらに、高粘度熱可塑性材料は、繊維複合材料中に引き込まれ、そして繊維複合材料を通って引き込まれてこの熱可塑性材料が熱可塑性材料から見て遠くに位置する繊維複合材料の側に固着し、したがって接合部を生じさせるようになる。熱可塑性材料の高粘度相は、特に、繊維複合材料を例えば図２に示されているようにハニカム構造体に被着させると、繊維複合材料中に引き込まれる場合がある。繊維複合材料の多孔性により、毛管作用効果がハニカム構造体の方向に生じる場合があり、それにより、少なくとも定位置では、高粘度熱可塑性材料が繊維複合材料中に引き込まれるようになる。
【００４１】
別の実施形態では、熱可塑性材料は、誘導溶接により繊維複合材料に溶接され、この場合、導電性材料が熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に配置される。導電性材料は、スロット付きの延伸金属箔、例えばアストロストライク（Astrostrike）という商標名の金属箔であることが好ましい。導電性材料は、好ましくは、アルミニウム及び（又は）銅で作られると共に（或いは）アルミニウム及び（又は）銅を含む。さらに、導電性材料は、金属織布及び（又は）金属層であることが好ましい。さらに、導電性材料は、金属ナノ粒子を含み又は金属ナノ粒子から成ることが好ましい。導電性材料、特に金属層は、好ましくは、１種類又は数種類の金属から成るのが良い１種類又は数種類の金属粉末の溶射法により、或いは１種類又は数種類の金属の焼結法の使用により又は特に熱可塑性材料上における１種類又は数種類の金属箔及び（又は）１種類又は数種類のはんだ材料の溶融によって得られる。
【００４２】
好ましい実施形態では、中間周波数又は高周波数を用いることにより誘導加熱を生じさせることが好ましい。好ましい実施形態では、１０〜５０ｋＨｚの周波数範囲内の周波数を特に２〜５ｋＷの範囲内の電力と共に用いる。別の好ましい実施形態では、４００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数範囲内の周波数を特に２５ｋＷよりも低い電力と共に用いる。
【００４３】
別の好ましい実施形態では、繊維複合材料は、ＣＦＲＰ材料から成り、特に追加の導電性材料を用いないで誘導加熱をＣＦＲＰ材料に生じさせる。誘導加熱は、好ましくは、ＣＦＲＰ材料の表面の近くで生じる。
【００４４】
以下において、熱可塑性材料を繊維複合材料に接合する本発明の方法の実施例について説明する。
【００４５】
実施例１
実施例１によれば、熱可塑性材料から成り、図５に概略的に例示として示されているブラケットを繊維複合材料に接合し、この繊維複合材料は、この実施形態では、ＦＲＰ材料であった。
【００４６】
この例示の実施形態では、ブラケット３３は、ＦＲＰ材料に接合された円板形状の取り付け部分３４及び保持要素３５を有していた。取り付け部分３４及び保持要素３５は、含有量が７０％のポリアミドＰＡ６６及び含有量が３０％のガラス繊維を有していた。保持要素３５は、物体、例えば電気リード線又はこれよりも重い物体を保持するのに役立つ。取り付け部分の厚さは、この例では、２．２ｍｍに達し、取り付け部分の直径は、この例では、２４ｍｍに達するものであった。
【００４７】
この例では、ＦＲＰ材料は、ＧＲＰラミネートであり、ブラケット３３の表面３６が連結されるべきラミネートの頂部外側プライは、４０％樹脂及び６０％ガラス繊維布から成っていた。ラミネートの厚さは、２ｍｍに達するものであった。
【００４８】
ブラケットを図１に概略的に示されている装置１のブラケットホルダ４内に固定した。さらに、ＧＲＰラミネート、即ち、ＦＲＰ材料を装置１のホルダ６内に固定した。次に、回転・昇降ユニット２及びブラケットホルダ４によってＧＲＰラミネートに押し付け、次にＧＲＰラミネートに対して回転させた。その目的は、運動熱を発生させてＧＲＰラミネートをブラケットに接合することにあった。
【００４９】
溶接プロセス中、熱可塑性材料とＦＲＰ材料との間で働く圧力は、この例では、０．５バール、１．０バール及び１．５バールに達した。これら圧力の各々に関し、本発明によれば、この例では、熱可塑性材料から成るブラケットとＦＲＰ材料との間に接合部を作った。溶接プロセス中、熱可塑性材料から成るブラケットをこの例示の実施形態では、１２０Ｈｚの角振動数でＦＲＰ材料に対して回転させた。溶接深さは、この例示の実施形態では、０．３５ｍｍに達した。この例示の実施形態では、溶接深さにより溶接プロセスを制御し、即ち、所定の溶接深さに達するやいなや溶接プロセスを終了させた。
【００５０】
熱可塑性材料とＦＲＰ材料との間の接合部を点検するため、引張り剪断強さを測定した。本発明に従って作られた接合部の各々は、優れた引張り剪断強さを備えていた。これら引張り剪断強さは、例えば、重い物体を保持するブラケットをＦＲＰコンポーネントに取り付けるのに十分であった。
【００５１】
実施例２
この実施例においても、実施例１で説明したブラケットを用いた。この例では、ＦＲＰ材料は、ＣＦＲＰラミネートであり、ブラケットが接合されるラミネートの頂部外側プライは、４５％樹脂及び５５％炭素繊維布から成っていた。ラミネートの厚さは、２ｍｍに達するものであった。
【００５２】
熱可塑性材料（ブラケット）をＦＲＰ材料（ＣＦＲＰラミネートの表面）に連結する本発明の方法を、図１に概略的に示されている装置１を用いて実施した。
【００５３】
この例では、角振動数は、１６０Ｈｚに達し、溶接時間は、３秒に達した。溶接時間は、ブラケットをＦＲＰ材料に対して動かす時間であり、この例では、１．０バールに達する所定の圧力が、熱可塑性材料とＦＲＰ材料との間に存在した。この例では、溶接時間によって溶接プロセスを調節し、即ち、各場合において、溶接プロセスを３秒間実施した。これらの例においても、引張り剪断強さを測定した。
【００５４】
実施例２による試験パラメータで作られた熱可塑性材料とＦＲＰ材料との間の接合部は、優れた引張り剪断強さを示し、かかる引張り剪断強さは、例えば、重い物体を保持する熱可塑性材料のブラケットをＦＲＰコンポーネントに取り付けるのに十分であった。
【００５５】
運動溶接をこれら実施例において説明したが、本発明は、運動溶接には限定されない。本発明によれば、本発明の接合部を作るのに十分な熱の発生をもたらす任意形式の溶接を用いることができる。例えば、放射により、特に、赤外線溶接又はレーザ溶接により熱を導入することも可能である。代替的に又は追加的に、対流により、特に、熱風（熱ガス）溶接又は押し出し溶接或いは熱空気を用いる非接触溶接により熱を導入することも可能である。
【００５６】
加うるに、熱可塑性材料を誘導溶接により繊維複合材料と共に溶接することができる。この目的で、導電性材料を熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に配置し、熱可塑性材料が溶け始め、そして繊維複合材料を加熱するようにするのに十分な誘導加熱を導電性材料に生じさせることが好ましい。誘導溶接の際、抵抗加熱硬化及び（又は）磁気ヒステリシスによって誘導加熱を生じさせる電流を好ましくは、導電性材料中に誘導する。好ましくは、誘導加熱を発生させるため、金属粒子及び（又は）金属層を熱可塑性材料と繊維複合材料との間の接合領域に導入する。
【００５７】
本発明をＦＲＰ材料に接合されるブラケットに関連して例示として説明したが、本発明は、ＦＲＰ材料へのブラケットの接合には限定されない。本発明によれば、熱可塑性材料を含むと共に（或いは）熱可塑性材料から成る他の物体を繊維複合材料、特にＦＲＰ材料に接合することができる。本発明は又、特定のブラケットの形状には限定されない。
【００５８】
さらに、本発明は、熱可塑性材料と繊維複合材料との間の円形運動には限定されない。本発明によれば、溶接プロセスに必要な運動熱を発生させるために、繊維複合材料と熱可塑性材料が互いに接触状態にあるこれら２つの材料相互の相対運動を利用することができる。この相対運動は、回転運動と直線運動で構成されるのが良い。加うるに、相対運動は、直線運動だけであっても良い。
【００５９】
本発明は、例示の実施形態において記載した圧力、溶接時間、溶接深さ又は振動数には限定されない。上述したように、本発明によれば、熱可塑性材料とその複合材料の任意所望の相対運動を実施することができ、これら２種類の材料を互いに溶接するのに十分な運動熱が生じる限り、繊維複合材料と熱可塑性材料との間の任意所望の圧力を利用することができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年9月25日(2009.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料（１０）を航空機の繊維複合材料（１１）に接合する方法であって、前記熱可塑性材料（１０）を前記繊維複合材料（１１）に溶接し、前記繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、前記マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含み、前記熱可塑性材料（１０）を運動溶接により前記繊維複合材料（１１）に溶接し、前記熱可塑性材料と前記繊維複合材料の相対運動を前記熱可塑性材料と前記繊維複合材料の相互の回転運動及び振動運動により生じさせ、前記熱可塑性材料（１０）は、ブラケット（３３）の構成成分であり、又は、前記ブラケット（３３）は、前記熱可塑性材料（１０）から成り、前記繊維複合材料（１１）は、コンポーネント（３２）の構成成分であり、又は、前記コンポーネント（３２）は、前記繊維複合材料（１１）から成り、前記ブラケット（３３）を前記コンポーネント（３２）に接合してブラケット構成体を形成するために、前記ブラケット（３３）の前記熱可塑性材料（１０）を前記コンポーネント（３２）の前記繊維複合材料（１１）と共に溶接する、方法。
【請求項２】
前記繊維複合材料の繊維は、一方向に配向され又は織布を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記繊維複合材料（１１）は、炭素繊維及び（又は）ガラス繊維、好ましくはＣＦＲＰ材料及びＧＲＰ材料を含む、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記繊維複合材料（１１）は、樹脂を用いて、特に重付加樹脂及び重縮合樹脂を用いて作られる、請求項１〜３のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項５】
前記繊維複合材料（１１）は、ハニカム構造体（１５）、特にノメックス（Nomex）ハニカム上に配置される、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
前記ハニカム構造体（１５）は、層の形態をしており、前記繊維複合材料（１１）は、前記ハニカム構造体（１５）の２つの互いに反対側に向いた側部に層の状態で被着される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記熱可塑性材料（１０）は、１種類又は２種類以上のエンジニアリングサーモプラスチックから成り又は１種類又は２種類以上のエンジニアリングサーモプラスチックを含む、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
前記熱可塑性材料（１０）は、ポリアミドから成り又はポリアミドを含む、請求項１〜７のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
前記コンポーネントは、航空機（３０）の側壁パネル、好ましくは、作動中与圧可能な前記航空機の空間（３１）内に設けられた側壁パネル及び（又は）前記航空機のハットラックボックス（hat rack box）又は前記側壁パネルの一部及び（又は）前記ハットラックボックスの一部である、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の方法。
【請求項１０】
熱可塑性材料（１０）及び繊維複合材料（１１）で構成される装置であって、前記熱可塑性材料（１０）及び前記繊維複合材料（１１）は、接合部を構成し、前記繊維複合材料は、繊維強化マトリックス材料であり又は繊維強化マトリックス材料を含み、前記マトリックス材料は、熱硬化性樹脂であり又は熱硬化性樹脂を含み、前記装置は、ブラケット（３３）及びコンポーネント（３２）を含むブラケット構成体を有し、前記熱可塑性材料（１０）は、前記ブラケット（３３）の構成成分であり又は前記ブラケット（３３）は、前記熱可塑性材料（１０）から成り、前記繊維複合材料（１１）は、前記コンポーネント（３２）の構成成分であり、又は、前記コンポーネント（３２）は、前記繊維複合材料（１１）から成り、前記ブラケット（３３）は、前記接合部によって前記コンポーネント（３２）に接合され、前記接合部は、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の方法を用いて製作可能である、装置。
【請求項１１】
前記装置は、熱可塑性材料（１０）を含み又は熱可塑性材料（１０）から成る第１の層と、前記接合部により前記第１の層に接合され、繊維複合材料（１１）を含み又は繊維複合材料（１１）から成る第２の層と、前記接合部から見て遠くに位置する前記第２の層の側部上に配置され、ハニカム構造体及び（又は）フォームを含み又はハニカム構造体及び（又は）フォームから成る第３の層（１２）とを含む層のシーケンスを有する、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記コンポーネントは、航空機（３０）の側壁パネル、好ましくは、作動中与圧可能な前記航空機の空間（３１）内に設けられた側壁パネル及び（又は）前記航空機のハットラックボックス（hat rack box）又は前記側壁パネルの一部及び（又は）前記ハットラックボックスの一部である、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１３】
前記ブラケット構成体は、航空機（３０）内に、好ましくは作動中、与圧可能な航空機（３０）中の空間（３１）内に配置される、請求項１０〜１２のうちいずれか一に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、航空機（３０）である、請求項１０〜１３のうちいずれか一に記載の装置。
【国際調査報告】
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