(57)【要約】【課題】測定した隙間形状に合わせて機械加工によりシムを作成する工程を省略し、組立工程を効率化できる接合部材の組立方法およびそれにより組み立てられた接合部材を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る接合部材の組立方法は、強化繊維で構成された不織布を基材１１とし、重ね合せた第１部品１３と第２部品１４との間にある空隙１５に基材１１を挿入する工程と、基材１１に樹脂１２を含浸させる工程と、空隙１５で樹脂１２を硬化させる工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維で構成された不織布または、強化繊維の長繊維を結合部材で繋いでなるバインダーヤーンの少なくとも一方を基材とし、重ね合せた複数の部材の部材間にある空隙に前記基材を挿入する工程と、
前記基材に樹脂を含浸させる工程と、
前記空隙内で前記樹脂を硬化させる工程と、
を備える接合部材の組立方法。
【請求項２】
重ね合せられた複数の部材と、
前記複数の部材の部材間を埋めるよう存在するシムと、
を備え、
前記シムが、基材と硬化された樹脂とを含み、
前記基材が、強化繊維で構成された不織布または、強化繊維の長繊維を結合部材で繋いでなるバインダーヤーンの少なくとも一方である接合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合部材の組立方法および接合部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２つの部品を接合する手段として、接着剤または締結部材がある。特許文献１では、部品間に接着剤を導入して２つの部品を接合している。
【０００３】
しかしながら、接着剤のみで接合した部品は、接合強度の保証が難しい。よって、接合強度の保証が必要な部品や、接着剤が適用できない部品等の接合では締結部材が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４７６３１９６号公報（請求項１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
接合される各部材は、前工程までの形状精度による影響から形状公差がある。形状公差が大きい部品を重ね合せると、部品と部品との合せ面（接合面）に隙間が生じる。部品間に隙間があると、締結部材に締結時に過大な引張荷重がかかる、被締結部材に局所的に過大な変形が生じる等により破壊に至る恐れがある。
【０００６】
そのため、締結部材を用いて部品を組み立てる際には、締結作業前に部材間の隙間を埋める必要がある。
【０００７】
例えば、以下の工程により部材間の隙間を埋める（図４（Ａ）から図４（Ｃ）参照）。
（Ａ）まず、２つの部品（第１部品１，第２部品２）を重ね合せ、部品間の隙間形状を測定する。
（Ｂ）次に、隙間形状に合わせてソリッド材３を機械加工して、シム４を作成する。
（Ｃ）シム４を隙間５に挿入し、接合面を埋める。
【０００８】
隙間形状は、光学的な面計測、プローブ等による隙間計測、または樹脂を流し込んで固めるなどの手法により測定する。ソリッド材３には、アルミニウム合金、樹脂などが用いられる。
【０００９】
上記のような方法は、非常に手間がかかり、労働集約的な方法である。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、測定した隙間形状に合わせて機械加工によりシムを作成する工程を省略し、組立工程を効率化できる接合部材の組立方法およびそれにより組み立てられた接合部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の接合部材の組立方法および接合部材は以下の手段を採用する。
【００１２】
本発明の第１態様は、強化繊維で構成された不織布または、強化繊維の長繊維を結合部材で繋いでなるバインダーヤーンの少なくとも一方を基材とし、重ね合せた複数の部材の部材間にある空隙に前記基材を挿入する工程と、前記基材に樹脂を含浸させる工程と、前記空隙内で前記樹脂を硬化させる工程と、を備える接合部材の組立方法を提供する。
【００１３】
本発明の第２の態様は、重ね合せられた複数の部材と、前記複数の部材の部材間を埋めるよう存在するシムと、を備え、前記シムが、基材と硬化された樹脂とを含み、前記基材が、強化繊維で構成された不織布または、強化繊維の長繊維を結合部材で繋いでなるバインダーヤーンの少なくとも一方である接合部材を提供する。
【００１４】
上記態様によれば、空隙に強化繊維の不織布またはバインダーヤーンを挿入することで部材間の空隙を埋め、締結部材に過大な引張荷重がかかることや被締結部材に局所的に過大な変形が生じることを防ぐことができる。不織布およびバインダーヤーンのようなシート状の形態になった強化繊維は、チョップ材などと比較して接合強度を高めることができる。
【００１５】
不織布またはバインダーヤーンは、空隙内の複雑な立体形状に追従して、複数の部材を接合した接合部材の形状を保持する。空隙内に樹脂を充填して硬化させることで、接合面を修正できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、強化繊維の不織布またはバインダーヤーンと、樹脂を用いて空隙を埋めて樹脂を硬化させることにより、測定した隙間形状に合わせて機械加工によりシムを作成する工程を省略し、組立工程を効率化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る接合部材の組立方法のフロー図である。
【図２】第２実施形態に係る接合部材の組立方法のフロー図である。
【図３】第２実施形態の変形例に係る接合部材の組立方法のフロー図である。
【図４】機械加工で作成したシムで隙間を埋める方法の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第１実施形態〕
まず、本実施形態に係る組立方法で組み立てられた接合部材について説明する。接合部材は、重ね合せられた複数の部材と、当該複数の部材の部材間を埋めるよう存在するシムと、を備えている。また、接合部材は、重ね合せられた部材同士を締結する締結部材を備えている。
【００１９】
重ね合せられる部材は、２以上であればよい。本実施形態では、重ね合せられる部材が第１部品および第２部品であるとして説明する。第１部品および第２部品は、繊維強化複合材、アルミニウム合金などからなる。繊維強化複合材は、マトリックスおよび強化繊維で構成されている。マトリックスは、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂などである。強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、またはアラミド繊維などである。アルミニウム合金は、２０００系、７０００系などである。第１部品および第２部品の厚さは、０．５ｍｍから５０ｍｍ程度である。
【００２０】
シムは、基材と硬化された樹脂とを含む。シムにおける基材と樹脂との割合は、接合部材に要求される強度または剛性を満たす範囲内で調整すればよい。例えば、基材の割合は８０％以下である。
【００２１】
本実施形態における基材は、強化繊維で構成された不織布である。不織布とは、機械的、化学的、熱的などにより繊維を固着したり、絡み合せたりして作製されたシート状の構造物である。
【００２２】
不織布は、所定の長さ、例えば数ｃｍ以上の長さを有する。不織布は、空隙に挿入可能な厚さを有する。不織布の厚さは０．１ｍｍから１０ｍｍ程度である。不織布は複数枚重ねられていてもよい。不織布の積層枚数は、シムの形状（板厚等）の変化に応じて適宜設定され得る。
【００２３】
強化繊維は、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等である。
【００２４】
不織布を構成する強化繊維の繊維径及び繊維長は必ずしも一種類である必要はなく、複数の種類（径、長さ）の繊維を混ぜ合わせて不織布を構成してもよい。
【００２５】
樹脂の材質は、適用部位に要求される強度、剛性、靱性、耐久性、耐環境性などのすべてを満足するものであればよい。例えば、樹脂の材質は、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。
【００２６】
樹脂は、要求特性を満足させるために、適切なフィラー（チョップ材またはパウダー材など）を含有してもよい。フィラーの材質は、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。
【００２７】
締結部材は、リベット、ボルト等である。締結部材は、第１部材、接合部材および第２部材を貫通する形態で、部材間での荷重伝達を可能にするように第１部材および第２部材を締結している。
【００２８】
次に、本実施形態に係る接合部材の組立方法について説明する。図１に、本実施形態に係る接合部材の組立方法のフロー図を示す。
【００２９】
（樹脂含浸および基材の挿入：図１（Ａ）参照）
まず、基材１１に樹脂１２を含浸させる。樹脂の含浸は、はけを用いての塗布、ノズルを用いた樹脂の注入などの方法で実施できる。
【００３０】
次に、重ね合せた第１部品１３と第２部品１４との間にある空隙１５に、樹脂１２を含浸させた基材１１を挿入する。基材の挿入後、隙間がある場合には、空隙内に樹脂を追加補充してもよい。
【００３１】
（樹脂の硬化：図１（Ｂ）参照）
空隙１５に基材１１および樹脂１２を充填した後、樹脂１２を硬化させて樹脂１２’とする（図１（Ｂ）参照）。樹脂１２にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いた場合、樹脂１２が硬化温度（例えば９０℃から１２０℃）となるよう第１部品１３および第２部品１４をヒータマット等で覆い加熱すればよい。樹脂１２にＰＥＥＫなどの熱可塑性樹脂を用いた場合、樹脂１２が硬化する温度に達するように冷却する。冷却は、放冷でもよいし、スポットクーラーなどの冷却手段を用いて積極的に実施してもよい。
【００３２】
（締結）
樹脂１２を硬化させた後、締結部材で第１部品１３と第２部品１４を締結する。例えば、リベット、ボルト等を用いて締結する。
【００３３】
本実施形態の組立方法によれば、強化繊維で構成された不織布を空隙に挿入することで、部材の接合強度を向上させられる。
【００３４】
強化繊維で構成された不織布は形状柔軟性を有し、複雑な立体形状を有する空隙１５にも適用できる。不織布の形状を空隙内の形状に追従させることで、第１部品１３と第２部品１４との間でしっかりと各部品を支え、接合部材の形状を保持できる。空隙内で樹脂１２を硬化させることで接合面を修正できる。それにより、部材間の空隙をきちんと埋め、締結部材への過大な引張荷重や被締結部材の局所的な過大変形を防ぐことができる。
【００３５】
本実施形態の組立方法によれば、空隙１５の形状を測定して、該形状に合わせてシムを機械加工により作成する工程が不要であり、組立工程を効率化できる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
本実施形態は、基材にバインダーヤーンを用いている点が第１実施形態と異なる。また、本実施形態は、樹脂を含浸させるタイミングが第１実施形態と異なる。第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。図２に、本実施形態に係る接合部材の組立方法のフロー図を示す。
【００３７】
本実施形態における基材２１は、バインダーヤーンである。バインダーヤーンは、強化繊維２１ａの長繊維を結合部材で繋いでなるシート状の構造物である。図２において結合部材は、接着剤２１ｂである。強化繊維２１ａは、所定面領域に広げられるとともに、厚さ方向に堆積してなる繊維層２１ｃを形成する。
【００３８】
図２のバインダーヤーンは、強化繊維２１ａの長繊維の表面に樹脂２１ｂを付着させ、繊維同士がばらばらにならないようにまとめたシート状の構造物である。樹脂２１ｂの材質は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等である。樹脂２１ｂは、後述する空隙を埋めるための樹脂２２と同じ素材であることが好ましい。
【００３９】
繊維層２１ｃの厚さは、０．１ｍｍから１０ｍｍとするのが好ましい。繊維層２１ｃが上記範囲内の厚さであれば、複数枚積層させることで空隙のサイズに適合させることが可能となる。
【００４０】
繊維層２１ｃを構成する強化繊維２１ａの繊維径及び繊維長は必ずしも一種類である必要はなく、複数の種類（径、長さ）の繊維を混ぜ合わせて繊維層２１ｃを構成してもよい。
【００４１】
強化繊維２１ａは、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等である。
【００４２】
部材間の空隙を埋めるための樹脂２２の材質は、適用部位に要求される強度、剛性、靱性、耐久性、耐環境性などのすべてを満足するものであればよい。例えば、樹脂の材質は、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などである。樹脂は、要求特性を満足させるために、適切なフィラー（チョップ材またはパウダー材など）を含有してもよい。
【００４３】
次に、本実施形態に係る接合部材の組立方法について説明する。
【００４４】
（基材の挿入および樹脂の含浸：図２（Ａ）参照）
まず、重ね合せた第１部品２３と第２部品２４との間にある空隙２５に、基材２１を挿入する。基材２１を挿入した空隙２５に樹脂２２を注入し、基材２１に樹脂２２を含浸させるとともに空隙２５を埋める。樹脂２２の含浸は、はけを用いての塗布、ノズルを用いた樹脂の注入などの方法で実施できる。
【００４５】
（樹脂の硬化：図２（Ｂ）参照）
空隙２５に基材２１および樹脂２２を充填した後、樹脂２２を硬化させて樹脂２２’とする。硬化は第１実施形態と同様に実施できる。
【００４６】
本実施形態の組立方法によれば、バインダーヤーンを空隙に挿入することで、部材間の空隙をきちんと埋め、締結部材への過大な引張荷重や被締結部材の局所的な過大変形を防ぐことができる。
【００４７】
バインダーヤーンは形状柔軟性を有し、複雑な立体形状を有する空隙２５にも適用できる。バインダーヤーンの形状を空隙内の形状に追従させることで、第１部品２３と第２部品２４との間でしっかりと各部品を支え、接合部材の形状を保持できる。空隙内で樹脂２２を硬化させることで接合面を修正できる。それにより、部材間の空隙をきちんと埋め、締結部材への過大な引張荷重や被締結部材の局所的な過大変形を防ぐことができる。
【００４８】
本実施形態の組立方法によれば、空隙２５の形状を測定して、該形状に合わせてシムを機械加工により作成する工程が不要であり、組立工程を効率化できる。
【００４９】
（変形例）
図３に、本実施形態の変形例を示す。図３のバインダーヤーン３１は、長繊維のまとめ方として、面外方向糸を用いて長繊維をまとめる方法を想定したシート状の構造物である。図３の通り、面外方向糸３１ｂは、繊維層３１ｃの厚さ方向に貫通し、繊維層３１ｃの面を縫うようにして強化繊維３１ａを繋いでいる。
【００５０】
面外方向糸３１ｂは、主に熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂からなる繊維である。具体例としては、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などが挙げられる。
【００５１】
図３のバインダーヤーン３１は、図２のバインダーヤーン２１と同様に接合部材を組み立てる際に適用できる。
【００５２】
なお、第１実施形態と第２実施形態で用いる基材を入れ替える、または基材として不織布およびバインダーヤーンを組み合わせて使用してもよい。
【００５３】
なお、上記第１実施形態および第２実施形態では、空隙は２つの部材間にあるとしたが、これに限定されるものではない。空隙は、例えば３つ以上の部材に挟まれた空間であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１，１３，２３  第１部品
２，１４，２４  第２部品
３  ソリッド材
４  （ソリッド材から機械加工により作成した）シム
５，１５，２５  隙間（空隙）
１１  不織布（基材）
１２，２２  樹脂（硬化前）
１２’，２２’  樹脂（硬化後）
２１，３１  バインダーヤーン（基材）
２１ａ，３１ａ  強化繊維
２１ｂ  接着剤（結合部材）
２１ｃ，３１ｃ  繊維層
３１ｂ  面外方向糸（結合部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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