(57)【要約】【課題】２つの複合材１０，２０の被接合部分１２，２２同士が接合された接合部分２の全体的な強度を保持しつつ、部分的にその接合強度を高め、接合体１の破壊モードをコントロールすることができる接合体１の製造方法を提供する。【解決手段】被接合部分１２の被接合面１２ａに凹凸が形成されるように、被接合部分１２を加圧する加圧方向の肉厚を変化させた複合材１０を準備し、２つの複合材１０，２０の被接合部分１２，２２同士を重ね合わせて被接合面１２ａ，２２ａ同士を接触させ、被接合部分１２，２２同士を加圧しながら、被接合部分１２，２２同士を摺動することにより、被接合部分１２，２２同士の熱可塑性樹脂を軟化させ、重ね合わせた状態の一方の被接合部分１２が、他方の被接合部分２２に沈み込むように、被接合部分１２，２２同士を溶着する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂に強化繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなる２つの複合材同士が接合される被接合部分を重ね合わせ、該被接合部分同士を加圧しながら、前記２つの複合材を接合する接合体の製造方法であって、
前記２つの複合材のうち少なくとも一方の複合材の前記被接合部分の被接合面に凹凸が形成されるように、前記被接合部分を加圧する加圧方向の肉厚を変化させた複合材を準備する工程と、
前記２つの複合材の前記被接合部分同士を重ね合わせて前記被接合面同士を接触させ、前記被接合部分同士を加圧しながら、前記被接合部分同士を摺動するまたは前記被接合部分同士に超音波振動を付与することにより、前記被接合部分同士の前記熱可塑性樹脂を軟化させ、前記重ね合わせた状態の一方の被接合部分が、他方の被接合部分に沈み込むように、前記被接合部分同士を溶着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、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなる２つの複合材を対向して接触させた状態で、これらを接合する接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなる複合材は、同形状の金属材料からなる部材よりも軽量であり、かつ、同形状の高分子樹脂のみからなる部材よりも、高い強度を得ることができるので、幅広く用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、上述した繊維強化樹脂材料からなる複合材を接合する技術が開示されている。具体的には、２つの複合材が接合される被接合部分の被接合面は、平面状であり、２つの複合材の被接合部分を重ね合わせて被接合面同士を接触させる。次に、被接合部分同士を加圧しながら、被接合部分同士を摺動するまたは接合部分同士に超音波振動を付与する。これにより、被接合部分同士の熱可塑性樹脂を軟化させ、被接合部分同士を溶着させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３１３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示す技術の如く、２つの複合材の被接合部分の被接合面は、いずれも平面状であるため、溶着時に被接合部分同士が加圧されていても、一方の被接合部分が他方の被接合部分にほとんど沈み込まない。したがって、溶着時に、被接合部分同士の強化繊維が絡み合い難く、接合部分（溶着部）の強度は、均一ではあるが充分ではない。この結果、得らえた接合体は、接合部分のどの箇所から壊れやすいか予測し難く、接合体の破壊モードをコントロールし難い。
【０００６】
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、２つの複合材の被接合部分同士の接合部分の全体的な強度を保持しつつ、部分的にその接合強度を高め、接合体の破壊モードをコントロール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】
【０００７】
前記課題を鑑みて、本発明に係る接合体の製造方法は、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなる２つの複合材同士が接合される被接合部分を重ね合わせ、該被接合部分同士を加圧しながら、前記２つの複合材を接合する接合体の製造方法であって、前記２つの複合材のうち少なくとも一方の複合材の前記被接合部分の被接合面に凹凸が形成されるように、前記被接合部分を加圧する加圧方向の肉厚を変化させた複合材を準備する工程と、前記２つの複合材の前記被接合部分同士を重ね合わせて前記被接合面同士を接触させ、前記被接合部分同士を加圧しながら、前記被接合部分同士を摺動するまたは前記被接合部分同士に超音波振動を付与することにより、前記被接合部分同士の前記熱可塑性樹脂を軟化させ、前記重ね合わせた状態の一方の被接合部分が、他方の被接合部分に沈み込むように、前記被接合部分同士を溶着することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも一方の複合材の被接合部分（一方の被接合部分）のうち、加圧方向の肉厚を厚くした部分（厚肉部）は、溶着時に、他方の複合材の被接合部分（他方の被接合部分）に対して深く沈み込む。これにより、この部分では、被接合部分同士の強化繊維が絡み合い、この部分の強度を高めることができる。
【０００９】
一方の複合材の被接合部分（一方の被接合部分）のうち、厚肉部より加圧方向の肉厚を薄くした部分は、溶着時に、他方の複合材の被接合部分（他方の被接合部分）に対して深く沈まない。これにより、この部分では、被接合部分同士の強化繊維が絡み合い難く、この部分の強度は高くならない。
【００１０】
このような結果、１つの接合体において、２つの複合材の被接合部分同士の接合部分の全体的な強度を保持しつつ、部分的にその接合強度を高め、強度の変化を持たせることができ、破壊モードをコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る接合体の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は、接合される２つの複合材の模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す複合材の被接合部分を重ね合わせた状態でのこれらの接合を説明するための模式的断面図であり、（ｃ）は、接合体の模式的斜視図である。
【図２】図１（ｂ）の工程で使用する振動溶着機の模式的概念図である。
【図３】図１に示す接合体の製造方法の第１の変形例を示した模式図であり、（ａ）は、接合される２つの複合材の模式的斜視図であり、（ｂ）は、接合体の模式的斜視図である。
【図４】図１に示す接合体の製造方法の第２の変形例を示した模式図であり、（ａ）は、接合される２つの複合材の模式的斜視図であり、（ｂ）は、接合体の模式的斜視図である。
【図５】図１に示す接合体の製造方法の第３の変形例を示した模式図であり、（ａ）は、接合される２つの複合材の模式的斜視図であり、（ｂ）は、接合体の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態を、図１〜５を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る接合体１の製造方法を説明するための図であり、図１（ａ）は、接合される２つの複合材１０，２０の模式的斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す複合材１０，２０の被接合部分１２，２２を重ね合わせた状態でのこれらの接合を説明するための模式的断面図であり、図１（ｃ）は、接合体１の模式的斜視図である。図２は、図１（ｂ）の工程で使用する振動溶着機３０の模式的概念図である。
【００１３】
本実施形態では、図１（ｃ）に示す接合体１を製造する。接合体１は、２つの複合材１０，２０を接合した中空部３を有した接合体である。接合体１は、熱可塑性樹脂に強化繊維が含有した繊維強化樹脂材料からなり、接合体１には、２つの複合材１０，２０を接合した接合部分２が、フランジ部として形成されている。
【００１４】
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１０，２０を準備する。各複合材１０，２０は、熱可塑性樹脂に強化繊維を含有した強化繊維樹脂材料（ＦＲＰ）からなる。
【００１５】
複合材１０，２０に含まれる熱可塑性樹脂としては、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（溶着）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。
【００１６】
強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維等を挙げることができ、後述する複合材１０，２０同士の接合が阻害されなければ、その繊維長さおよび配置状態は、限定されるものではない。
【００１７】
各複合材１０（２０）には、凹部１１（２１）が形成されており、凹部１１（２１）の両側には、これらを接合するための一対の鍔状の被接合部分１２，１２（２２，２２）が形成されている。複合材１０，２０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。
【００１８】
さらに、複合材１０は、被接合部分１２の被接合面１２ａに凹凸が形成されるように、被接合部分１２，２２を溶着時に加圧する加圧方向の肉厚を変化させている。具体的には、被接合部分１２の被接合面１２ａには、長手方向に沿って、段付き凹溝１２ｂが形成されている。具体的には、被接合部分１２のうち、段付き凹溝１２ｂが形成された部分が薄肉部１２ｃとして形成されており、それ以外の部分が薄肉部１２ｃよりも肉厚の厚い厚肉部１２ｄとして形成されている。
【００１９】
次に、図１（ｃ）および図２に示すように、２つの複合材１０，２０の間に中空部３が形成されるように、２つの複合材１０，２０の凹部１１，２１同士が向き合った状態で２つの複合材１０，２０を接触させる。具体的には、図１（ｂ）に示すように、各被接合部分１２，２２同士を重ね合わせて、被接合面１２ａ，２２ａ同士を接触させる。
【００２０】
この接触状態で、複合材１０を下冶具３１にセットし、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１０，２０を上昇させることにより、複合材２０を上冶具３２にセットする。
【００２１】
次に、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１０，２０の被接合部分１２，２２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（ｂ），図２に示すように、複合材１０，２０の被接合部分１２，２２同士を摺動させることができる。この摺動により、被接合部分１２，２２同士が接触している部分で発熱させ、被接合部分１２，２２同士を溶着させる。
【００２３】
具体的には、図１（ａ）に示す複合材１０の被接合部分１２のうち、段付き凹溝１２ｂが形成された薄肉部１２ｃ以外の部分（すなわち厚肉部１２ｄ）の被接合面１２ａと、これに接触する複合材２０の被接合部分２２の被接合面２２ａとが接触した状態で摺動する。これにより、これらの被接合面１２ａ，２２ａ同士が発熱し、この発熱で、これらに含まれる熱可塑性樹脂が軟化する。
【００２４】
被接合部分１２，２２同士は下方から押圧されているので、軟化した熱可塑性樹脂の一部が、段付き凹溝１２ｂに流動するとともに、重ね合わせた状態の複合材１０の被接合部分１２が、複合材２０の被接合部分２２に沈み込む。
【００２５】
最終的には、複合材１０の被接合部分１２の段付き凹溝１２ｂの表面と、複合材２０の被接合部分２２に溶着し、重ね合わせた状態の複合材１０の被接合部分１２が、複合材２０の被接合部分２２に対して、所定の量沈み込んだ時点で、溶着（摺動）を終了する。これにより、複合材１０の被接合部分１２の厚肉部１２ｄおよび薄肉部１２ｃの双方が、複合材２０の被接合部分２２に溶着される。
【００２６】
その後、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を下降させ、振動溶着機３０から接合体１を取り外し、図１（ｃ）に示す接合体１を得ることができる。
【００２７】
本実施形態によれば、複合材１０の被接合部分１２のうち、加圧方向の肉厚を厚くした厚肉部１２ｄは、溶着時に、複合材２０の被接合部分２２に対して深く沈み込む。これにより、この部分２ａでは、被接合部分１２，２２同士の強化繊維が絡み合い、この部分２ａの強度を高めることができる。
【００２８】
一方、複合材１０の被接合部分１２のうち、加圧方向の肉厚を薄くした薄肉部１２ｃは、溶着時に、複合材２０の被接合部分２２に対して深く沈まない。これにより、この部分２ｂでは、被接合部分１２，２２同士の強化繊維が絡み合い難く、この部分２ｂの強度は高くならない。
【００２９】
このようにして、１つの接合体１において、２つの複合材１０，２０の被接合部分１２，２２同士が接合された接合部分２の全体的な強度を保持しつつ、接合部分２の接合強度を部分的に高めることができる。この結果、接合部分２の強度に変化を持たせることができ、接合体１の破壊モードをコントロールすることができる。
【００３０】
図３〜図５は、図１に示す接合体１の製造方法の第１〜第３の変形例を示した模式図であり、図３〜図５の（ａ）は、接合される２つの複合材１０Ａ〜１０Ｃ，２０の模式的斜視図であり、図３〜図５の（ｂ）は、接合体１Ａ〜１Ｃの模式的斜視図である。
【００３１】
図３（ａ）に示す第１変形例の如く、複合材１０Ａの被接合部分１２Ａの被接合面１２ａに、凹部１１の縁部に沿って凸条１２ｅが形成されてもよい。これにより、被接合部分１２のうち、凸条１２ｅが形成された部分が、厚肉部１２ｄとして形成され、それ以外の部分が厚肉部１２ｄよりも肉厚の薄い薄肉部１２ｃとして形成される。
【００３２】
このような複合材１０Ａを用いて、接合体１Ａを製造すると、厚肉部１２ｄは、溶着時に、複合材２０の被接合部分２２に対して深く沈み込み、図３（ｂ）に示すように、接合部分２Ａのうち沈み込んだ部分２ａでは、被接合部分１２，２２同士の強化繊維が絡み合い、この部分２ａの強度を高めることができる。これにより、中空部３の近傍の接合部分２Ａの強度を部分的に高めることができる。一方、それ以外の部分２ｂは、被接合部分１２Ａ，２２同士の強化繊維が絡み合い難く、この部分２ｂの強度は高くならない。
【００３３】
図４（ａ）に示す第２変形例の如く、複合材１０Ｂの被接合部分１２Ｂの被接合面１２ａの一方側に、凸部１２ｆを形成してもよく、図５（ａ）に示す変形例の如く、複合材１０Ｃの被接合部分１２Ｃの被接合面１２ａの長手方向に沿った中央に、凸部１２ｇを形成してもよい。これにより、被接合部分１２Ｂ（１２Ｃ）のうち、凸部１２ｆ（１２ｇ）が形成された部分が、厚肉部１２ｄとして形成され、それ以外の部分が厚肉部１２ｄよりも肉厚の薄い薄肉部１２ｃとして形成される。
【００３４】
このような複合材１０Ｂ（１０Ｃ）を用いて、接合体１Ｂ（１Ｃ）を製造すると、同様に、厚肉部１２ｄは、溶着時に、複合材２０の被接合部分２２に対して深く沈み込み、図４（ｂ），図５（ｂ）に示すように、接合部分２Ｂ（２Ｃ）うち、深く沈み込んだ部分２ａの強度を高めることができる。一方、それ以外の部分２ｂは、被接合部分１２Ｂ（１２Ｃ），２２同士の強化繊維が絡み合い難く、この部分２ｂの強度は高くならない。
【００３５】
このようにして、いずれの変形例においても、接合体１Ａ〜１Ｃの接合部分２Ａ〜２Ｃのうち所望の部分の強度を高め、接合部分２Ａ〜２Ｃの強度に変化を持たせることができ、接合体１Ａ〜１Ｃの破壊モードをコントロールすることができる。
【００３６】
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。
【００３７】
本実施形態では、複合材の被接合部分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、複合材の被接合部分同士を加圧した状態で、一方側の被接合部分に超音波ホーンを配置し、被接合部分同士に超音波振動を付与することにより、被接合部分同士を発熱させ、被接合部分同士を溶着してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１，１Ａ〜１Ｃ：接合体、２，２Ａ〜２Ｃ：接合部分、１０，１０Ａ〜１０Ｃ，２０：複合材、１１，２１：凹部、１２，２２：被接合部分、１２ａ，２２ａ：被接合面。
【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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