JP2022142144A - 融着装置および融着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる際の融着品質を向上させる。【解決手段】設置面１１に設置される第１複合材２１０および第１複合材２１０に重ねて配置される第２複合材２２０の少なくともいずれかに含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱部２１と、加熱部２１により熱可塑性樹脂がガラス転移点以上に加熱された状態で、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰを減少させるように、第１複合材２１０および第２複合材２２０を加圧ローラ２２ａにより加圧する加圧部２２と、加圧部２２により隙間ＧＰを減少させた状態で、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着部２３と、を備える融着装置を提供する。【選択図】図３

Description

本開示は、融着装置および融着方法に関するものである。

繊維強化熱可塑性プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏ Ｐｌａｓｔｉｃ）で構成された複合材を融着させる方法として、一対の複合材に超音波振動を印加して複合材に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、融着する際に樹脂材料が膨張することによる不具合を解消するために、研削工具により複合材の一部を削って凹所を設け、凹所に溶融した樹脂材料が流れ込むようにすることが開示されている。

米国特許第９９８７７９６号明細書

一対の複合材が対向して配置される領域において、一対の複合材が接触する部分と、一対の複合材が接触せずに隙間が設けられた部分とが存在する。一対の複合材が接触する部分は超音波振動により発熱するが、隙間が設けられた部分は発熱しないため、部分によって融着品質に違いが生じてしまう。しかしながら、特許文献１には、一対の複合材が接触する部分と、一対の複合材が接触せずに隙間が設けられた部分とが存在することによる融着品質に違いに対する対策は示されていない。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる際の融着品質を向上させることが可能な融着装置および融着方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る融着装置は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる融着装置であって、設置面に設置される前記第１複合材および前記第１複合材に重ねて配置される前記第２複合材の少なくともいずれかに含まれる前記熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱部と、前記加熱部により前記熱可塑性樹脂が前記ガラス転移点以上に加熱された状態で、前記第１複合材と前記第２複合材との間の隙間を減少させるように、前記第１複合材および前記第２複合材を加圧部材により加圧する加圧部と、前記加圧部により前記隙間を減少させた状態で、前記第１複合材および前記第２複合材に含まれる前記熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着部と、を備える。

本開示の一態様に係る融着方法は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる融着方法であって、設置面に設置される前記第１複合材および前記第１複合材に重ねて配置される前記第２複合材の少なくともいずれかに含まれる前記熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱工程と、前記加熱工程により前記熱可塑性樹脂が前記ガラス転移点以上に加熱された状態で、前記第１複合材と前記第２複合材との間の隙間を減少させるように、前記第１複合材および前記第２複合材を加圧部材により加圧する加圧工程と、前記加圧工程により前記隙間を減少させた状態で、前記第１複合材および前記第２複合材に含まれる前記熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着工程と、を備える。

本開示によれば、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる際の融着品質を向上させることが可能な融着装置および融着方法を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る融着装置と、融着装置により融着した第１複合材と複数の第２複合材とを示す断面図である。 図１に示す第１複合材および第２複合材を上方からみた平面図である。 本実施形態の融着装置が備える融着機構を示す正面図である。 本開示の第１実施形態に係る融着方法を示すフローチャートである。 設置部に第１複合材を設置した状態を示す断面図である。 設置部に位置決め部材を設置した状態を示す断面図である。 第１複合材に複数の第２複合材を設置した状態を示す断面図である。 融着機構を第２複合材の上面に接触させた状態を示す断面図である。 融着機構を長手方向に沿って移動させる状態を示す平面図である。 第２実施形態の融着装置において、融着機構を第２複合材の上面に接触させた状態を示す断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態に係る融着装置１００について図面を参照して説明する。以下で説明する各実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではない。以下で説明する各実施形態は、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

以下、本開示の第１実施形態に係る融着装置１００および融着方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る融着装置１００と、融着装置１００により融着した第１複合材２１０と複数の第２複合材２２０とを示す断面図である。

図２は、図１に示す第１複合材２１０および第２複合材２２０を上方からみた平面図である。図１に示す融着装置１００の断面図は、図２に示す融着装置１００のＡ－Ａ矢視断面図となっている。図３は、本実施形態の融着装置１００が備える融着機構２０を示す正面図である。図３は、図１および図２に示す融着機構２０を軸線Ｘに沿ってみた図となっている。

本実施形態の融着装置１００は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させて構造体２００を製造する装置である。図１に示すように、本実施形態の融着装置１００は、設置部１０と、融着機構２０と、移動機構３０と、位置決め部材４０と、を備える。

図１および図２に示すように、本実施形態の構造体２００は、第１複合材２１０と、第２複合材２２０とを融着により接合したものである。第１複合材２１０は、軸線Ｙに沿って延びる板状に形成される部材である。第１複合材２１０は、設置部１０に設置された状態で、軸線Ｙに直交するとともに鉛直方向に延びる軸線Ｚに沿って下方に向けて突出する円弧状の断面を有する。第１複合材２１０は、例えば、航空機の胴体の一部を形成するスキンとして用いられる部材である。

第１複合材２１０は、シート状の三層の複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを積層して板状に成形された積層体である。本実施形態では、三層の複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを積層した第１複合材２１０を用いることとしたが、２以上の任意の数の層を積層した第１複合材２１０としてもよい。

第１複合材２１０に含まれる複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは、繊維基材とマトリックス樹脂（樹脂材料）とを含む。複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃに含まれる繊維基材は、例えば炭素繊維やガラス繊維である。

複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃに含まれるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂材料であり、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等である。

第２複合材２２０は、軸線Ｙと平行な長手方向ＬＤに沿って延びる長尺状に形成される部材である。図１および図２に示すように、１つの第１複合材２１０に対して、６つの第２複合材２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ，２２０Ｄ，２２０Ｅが配置される。ここでは、１つの第１複合材２１０に対して、６つの第２複合材２２０を配置するものとしたが、１つの第１複合材２１０に対して、任意の数の第２複合材２２０を配置してもよい。

第２複合材２２０は、断面視が略Ｌ字状に形成される部材であり、第１複合材２１０の上面２１２に接触する部分と、上面２１２に接触する部分に対して直交する方向に延びる部分とを有する。第２複合材２２０は、第１複合材２１０の軸線Ｘ方向に間隔を空けて複数箇所に接合される部材であり、例えば、スキンを補強するストリンガとして用いられる部材である。

第２複合材２２０は、シート状の二層の複合材料２２０ａ，２２０ｂを積層して長手方向ＬＤに沿って折り曲げて成形された積層体である。本実施形態では、二層の複合材料２２０ａ，２２０ｂを積層した第２複合材２２０を用いることとしたが、２以上の任意の数の層を積層した第２複合材２２０としてもよい。

第２複合材２２０に含まれる複合材料２２０ａ，２２０ｂは、繊維基材とマトリックス樹脂（樹脂材料）とを含む。複合材料２２０ａ，２２０ｂに含まれる繊維基材は、例えば炭素繊維やガラス繊維である。複合材料２２０ａ，２２０ｂに含まれるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂材料である。熱可塑性樹脂材料の例は、第１複合材２１０と同様である。

設置部１０は、軸線Ｙに沿って延びる板状に形成される部材である。設置部１０は、軸線Ｙに直交するとともに水平方向に延びる軸線Ｘに沿って下方に向けて突出する円弧状の断面を有する。設置部１０は、設置面１１と、設置面１１を支持するとともに基礎面Ｓに配置される一対の脚部１２とを有する。設置部１０は、例えば金属材料により形成されている。

設置面１１は、軸線Ｚに沿って下方に向けて突出する円弧状に形成され、第１複合材２１０の下面２１１と対応する形状に形成される。図２に示すように、設置面１１は、軸線Ｙに沿った方向と軸線Ｘに沿った方向の双方において、第１複合材２１０よりも長い。すなわち、設置面１１は、第１複合材２１０の下面２１１よりも広い面積を有する。設置面１１には、第１複合材２１０の下面２１１の全領域が接触した状態で、第１複合材２１０が設置される。

融着機構２０は、設置面１１に設置された第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる機構である。図３に示すように、融着機構２０は、加熱部２１と、加圧部２２と、融着部２３と、冷却部２４と、ベース部２５と、制御部２６と、を備える。

加熱部２１は、設置面１１に設置される第１複合材２１０に重ねて配置される第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する装置である。加熱部２１は、ヒータ２１ａと、給電ライン２１ｂと、電力生成部２１ｃと、を有する。加熱部２１は、給電ライン２１ｂを介して、電力生成部２１ｃが生成した電力をヒータ２１ａに供給することにより、ヒータ２１ａを介して加圧ローラ２２ａを加熱する。

加圧部２２は、加熱部２１により熱可塑性樹脂がガラス転移点以上に加熱された状態で、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰを減少させるように、第１複合材２１０および第２複合材２２０を加圧ローラ（加圧部材）２２ａにより加圧する装置である。加圧部２２は、加圧ローラ２２ａと、ローラ支持部２２ｂと、加圧力発生部２２ｃと、を有する。

加圧ローラ２２ａは、軸線Ｘに沿って所定長さで延びる軸状部材であり、第２複合材２２０と接触しながら回転軸２２ｄ回りに回転する部材である。加圧ローラ２２ａの内部には、ヒータ２１ａが配置されている。加圧ローラ２２ａは、ローラ支持部２２ｂにより加圧力発生部２２ｃに対して支持されている。

加圧力発生部２２ｃは、移動機構３０の先端に取り付けられたベース部２５に固定されており、加圧ローラ２２ａに接触する第２複合材２２０および第２複合材２２０に接触する第１複合材２１０に所望の加圧力を発生する装置である。

図３に示すように、融着機構２０は、移動機構３０により、設置面１１に設置された第１複合材２１０および第２複合材２２０に対して長手方向ＬＤに沿って、移動方向ＭＤ（図３の右方に向けた方向）に移動する。融着機構２０が移動方向ＭＤに移動する際に、第２複合材２２０の上面が加圧ローラ２２ａにより加熱されるとともに加圧される。そして、第１複合材２１０および第２複合材２２０が変形し、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰが減少あるいは消滅する。

融着部２３は、加圧部２２により隙間ＧＰを減少させた状態で、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する装置である。融着部２３は、超音波ホーン（振動伝達部材）２３ａと、超音波発振器２３ｂと、を有する。超音波ホーン２３ａは、軸線Ｘに沿って所定長さ（加圧ローラ２２ａと同じか同等の長さ）を有する部材であり、超音波発振器２３ｂから伝達される超音波振動を第２複合材２２０の上面に伝達する。

超音波ホーン２３ａから第２複合材２２０に伝達された超音波振動は、第２複合材２２０と第１複合材２１０との接合面に作用し、接合面の近傍の熱可塑性樹脂がガラス転移点以上に加熱される。第１複合材２１０に含まれる熱可塑性樹脂および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂は、それぞれガラス転移点以上に加熱されて互いに溶着される。

冷却部２４は、融着部２３により融着された第１複合材２１０および第２複合材２２０の融着部分を融点未満に冷却する装置である。冷却部２４は、冷却部材２４ａと、加圧力発生部２４ｂと、冷却媒体供給部２４ｃと、冷却媒体配管２４ｄと、を有する。冷却部２４は、冷却媒体供給部２４ｃから冷却部材２４ａの内部に、冷却媒体配管２４ｄを介して融点未満の所定の温度に調整された冷却媒体を供給する。冷却部材２４ａと接触する第２複合材２２０は、融点未満の所定の温度に冷却される。冷却部材２４ａは、軸線Ｘに沿って所定長さ（加圧ローラ２２ａと同じか同等の長さ）を有する部材である。

加圧力発生部２４ｂは、移動機構３０の先端に取り付けられたベース部２５に固定されており、冷却部材２４ａに接触する第２複合材２２０および第２複合材２２０に接触する第１複合材２１０に所望の加圧力を発生する装置である。加圧力発生部２４ｂにより第１複合材２１０および第２複合材２２０に加圧力を付与しながら第２複合材２２０を冷却することにより、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に隙間ＧＰが存在しない状態を適切に維持することができる。

制御部２６は、融着機構２０の各部を制御する装置である。制御部２６は、電力生成部２１ｃが生成する電力を制御し、加圧力発生部２２ｃが発生する加圧力を制御する。また、制御部２６は、超音波発振器２３ｂが生成する超音波振動を制御し、冷却媒体供給部２４ｃが供給する冷却媒体の流量を制御する。

移動機構３０は、融着機構２０を３次元空間上の任意の位置に移動させる機構である。移動機構３０は、複数のアーム３１と、複数のリンク機構３２とを有する多関節型ロボットアームである。移動機構３０は、複数の第２複合材２２０のいずれかの上面２２２と融着機構２０とが接触するように融着機構２０を移動させる。

次に、第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる融着方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の融着方法は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる方法である。図４は、本実施形態に係る融着方法を示すフローチャートである。図４に示す各処理は、制御部２６が記憶部２６ａに記憶された制御プログラムを実行することにより行われる処理である。

図４に示すように、ステップＳ１０１（設置工程）において、設置部１０の設置面１１に下面２１１を接触させた状態で第１複合材２１０を設置する。設置面１１へ第１複合材２１０を移動させる動作は、例えば、多関節型ロボットアーム（図示略）により行われる。設置工程が完了すると、図５に示す状態となる。図５は、設置部１０に第１複合材２１０を設置した状態を示す断面図である。

設置工程においては、予め設置面１１と対応する形状に下面２１１が形成された第１複合材２１０を、設置面１１に設置するものとするが、他の態様であってもよい。例えば、シート状の複合材料２１０ｃを設置面１１に積層し、シート状の複合材料２１０ｂを複合材料２１０ｃの上に積層し、シート状の複合材料２１０ａを複合材料２１０ｃの上に積層して、第１複合材２１０を成形するようにしてもよい。すなわち、設置部１０を、第１複合材２１０を成形するための成形型として用いてもよい。

ステップＳ１０２（設置工程）において、設置部１０に設置された第１複合材２１０の上面２１２に複数の第２複合材２２０を配置する。本工程においては、第２複合材２２０を配置するのに先立って、第１複合材２１０の上面２１２に第２複合材２２０を位置決めするため位置決め部材４０を設置面１１に設置する。設置面１１に位置決め部材４０が設置されると、図６に示す状態となる。図６は、設置部に位置決め部材４０を設置した状態を示す断面図である。

本実施形態の融着装置１００が備える位置決め部材４０は、第１複合材２１０の上面２１２に第２複合材２２０を位置決めするための複数の位置決め穴４１が形成された板状部材である。本工程においては、設置面１１に位置決め部材４０を設置した後に、位置決め部材４０の複数の位置決め穴４１に第２複合材２２０を挿入することにより、第１複合材２１０の上面２１２に複数の第２複合材２２０を配置する。本工程が完了すると、図７に示す状態となる。図７は、第１複合材２１０に複数の第２複合材２２０を設置した状態を示す断面図である。

ステップＳ１０２で第１複合材２１０に複数の第２複合材２２０を設置した状態で、ステップＳ１０３～ステップＳ１０６により、融着機構２０を用いた第１複合材２１０と第２複合材２２０との融着が行われる。ステップＳ１０３～ステップＳ１０６の各処理は、融着機構２０を移動機構３０により長手方向ＬＤに沿って移動させながら連続的に実行される。

ステップＳ１０３（加熱工程）において、加熱部２１は、ステップＳ１０２により第１複合材２１０の上面２１２に配置された複数の第２複合材２２０のいずれかの上面２２２と接触するように融着機構２０を移動させ、図８に示す状態とする。図８は、融着機構２０を第２複合材２２０の上面２２２に接触させた状態を示す断面図である。

ステップＳ１０３で、加熱部２１は、ヒータ２１ａにより加熱された加圧ローラ２２ａを長手方向ＬＤに沿って移動させながら第２複合材２２０の上面２２２を加熱する。加熱部２１は、図９に示すように、長手方向ＬＤに沿って第２複合材２２０の一端（図９における上方）から他端（図９における下方）まで加圧ローラ２２ａを移動させながら第２複合材２２０の上面２２２の全領域を加熱する。

ステップＳ１０４で、加圧部２２は、加熱工程（Ｓ１０３）により熱可塑性樹脂がガラス転移点以上に加熱された状態で、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰを減少させるように、第１複合材２１０および第２複合材２２０を加圧ローラ２２ａにより加圧する。加圧部２２は、第１複合材２１０の上面２１２と、上面２１２に配置される第２複合材２２０の下面２２１とを近づけるように加圧ローラ２２ａを介して第２複合材２２０の上面２２２を加圧する。

本工程において、加圧部２２は、加圧ローラ２２ａを長手方向ＬＤに沿って移動させながら第１複合材２１０および第２複合材２２０を加圧する。図９に示すように、加圧工程は、加圧ローラ２２ａを長手方向ＬＤに沿って第２複合材２２０の長手方向ＬＤの一端（図９における上方）から他端（図９における下方）まで移動させながら第２複合材２２０の上面２２２の全領域を加圧する。ステップＳ１０４による加圧は、ステップＳ１０３の加熱と同時に行われる。

ステップＳ１０５（融着工程）において、加圧工程（Ｓ１０４）により隙間ＧＰを減少させた状態で、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する。第１複合材２１０の上面２１２と第２複合材２２０の下面２２１との接合面において、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂が融点温度以上となると、第１複合材２１０の上面２１２と第２複合材２２０の下面２２１とが融着する。

ステップＳ１０６（冷却工程）において、融着工程（Ｓ１０５）で融着した第１複合材２１０および第２複合材２２０の融着部分を融点未満に冷却する。冷却工程は、好ましくは、第１複合材２１０および第２複合材２２０の融着部分をガラス転移点未満に冷却する。

ステップＳ１０７において、第１複合材２１０に融着させる他の第２複合材２２０があるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０３以降の処理が再び実行され、ＮＯであれば本フローチャートの処理を終了させる。図８および図９に示す例では、６つの第２複合材２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ，２２０Ｄ，２２０Ｅのうち、第２複合材２２０Ａを融着させている。

第２複合材２２０Ａを融着させた後に、ステップＳ１０７でＮＯと判断された場合、融着機構２０は、第２複合材２２０Ｂの上面２２２と接触するように融着機構２０を移動させる。その後は、融着機構２０を長手方向ＬＤの一端（図９における上方）から他端（図９における下方）まで移動させながら第２複合材２２０Ｂの上面２２２の全領域を加熱および加圧し、第１複合材２１０の上面２１２と第２複合材２２０Ｂの下面２２１とを融着させる。

第２複合材２２０Ｂを融着させた後は第２複合材２２０Ｃを融着させ、第２複合材２２０Ｃを融着させた後は第２複合材２２０Ｄを融着させ、第２複合材２２０Ｄを融着させた後は第２複合材２２０Ｅを融着させる。以上により、第１複合材２１０に融着させる他の第２複合材２２０がないと判断されると、本フローチャートの処理を終了させる。

以上説明した本実施形態の融着装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の融着装置１００によれば、加熱部２１が、第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱し、加熱された熱可塑性樹脂が容易に変形可能な状態となる。そして、加圧部２２が、第１複合材２１０と第２複合材２２０を加圧することにより、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰが減少する。融着部２３は、加圧部２２により隙間ＧＰを減少させた状態で第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する。加熱部２１によって加熱された第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰが、加圧部２２による加圧によって減少しているため、融着部２３により第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる際の融着品質を向上させることができる。

また、本実施形態の融着装置１００によれば、ヒータ２１ａを介して加圧ローラ２２ａを加熱することにより加圧ローラ２２ａと接触する第２複合材２２０を加熱することができる。そのため、加圧ローラ２２ａを介して、加熱部２１による加熱と加圧部２２による加圧の双方を同時に行い、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間の隙間ＧＰを確実に減少させることができる。

また、本態様の融着装置１００によれば、加圧ローラ２２ａを第２複合材２２０の長手方向ＬＤに沿って移動させながら第２複合材２２０の加熱と加圧の双方が同時に行われる。そのため、加圧ローラ２２ａを用いて、第２複合材２２０の長手方向ＬＤに沿った領域を連続的に第１複合材２１０に融着させることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係る融着装置１００Ａについて、図面を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態の同様であるものとし、以下での説明を省略する。

第１実施形態の融着装置１００は、加圧ローラ２２ａにより第２複合材２２０を加熱する一方、第１複合材２１０を直接的に加熱する手段を持たないものであった。それに対して、本実施形態の融着装置１００Ａは、加圧ローラ２２ａにより第２複合材２２０を加熱し、更に第１複合材２１０を直接的に加熱する手段を持つものである。

図１０は、本実施形態の融着装置１００Ａにおいて、融着機構２０を第２複合材２２０の上面に接触させた状態を示す断面図である。本実施形態の融着装置１００Ａは、設置面１１の内部に配置されるヒータ５０を備える。ヒータ５０は、設置面１１を加熱することにより、設置面１１と接触する第１複合材２１０を加熱する装置である。ヒータ５０は、設置面１１に設置される第１複合材２１０に含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する。

本実施形態においては、第１実施形態の図４のステップＳ１０３で、加圧ローラ２２ａを長手方向ＬＤに沿って移動させながら第２複合材２２０の上面２２２を加熱するだけでなく、ヒータ５０により設置面１１に設置される第１複合材２１０に含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する。

なお、本実施形態では、第２複合材２２０を加圧ローラ２２ａにより加熱し、第１複合材２１０をヒータ５０により加熱するものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１複合材２１０をヒータ５０により加熱する一方で、第２複合材２２０は加圧ローラ２２ａにより加熱しないようにしてもよい。すなわち、加圧ローラ２２ａの内部にヒータ２１ａを設けず、第２複合材２２０を直接的に加熱する手段を持たないようにしてもよい。

〔他の実施形態〕
以上説明した本実施形態において、移動機構３０は、複数のアーム３１と、複数のリンク機構３２とを有する多関節型ロボットアームであるものとしたが、他の態様であってもよい。移動機構３０として、設置部１０の上に設置され、３次元空間上の任意の位置に融着機構２０を移動させる他の機構を採用してもよい。

以上説明した実施形態に記載の融着装置は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る融着装置は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材（２１０）と第２複合材（２２０）とを融着させる融着装置（１００）であって、設置面（１１）に設置される前記第１複合材および前記第１複合材に重ねて配置される前記第２複合材の少なくともいずれかに含まれる前記熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱部（２１）と、前記加熱部により前記熱可塑性樹脂が前記ガラス転移点以上に加熱された状態で、前記第１複合材と前記第２複合材との間の隙間（ＧＰ）を減少させるように、前記第１複合材および前記第２複合材を加圧部材（２１）により加圧する加圧部（２２）と、前記加圧部により前記隙間を減少させた状態で、前記第１複合材および前記第２複合材に含まれる前記熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着部（２３）と、を備える。

本開示に係る融着装置によれば、加熱部が、第１複合材および第２複合材の少なくともいずれかに含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱し、加熱された熱可塑性樹脂が容易に変形可能な状態となる。そして、加圧部が、第１複合材と第２複合材を加圧することにより、第１複合材と第２複合材との間の隙間が減少する。融着部は、加圧部により隙間を減少させた状態で第１複合材および第２複合材に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する。加熱部によって加熱された第１複合材と第２複合材との間の隙間が、加圧部による加圧によって減少しているため、融着部により第１複合材と第２複合材とを融着させる際の融着品質を向上させることができる。

本開示に係る融着装置において、前記加熱部は、前記加圧部材を加熱することにより、前記加圧部材と接触する前記第２複合材を加熱する構成としてもよい。
本構成の融着装置によれば、加圧部材を加熱することにより加圧部材と接触する第２複合材を加熱することができる。そのため、加圧部材を介して、加熱部による加熱と加圧部による加圧の双方を同時に行い、第１複合材と第２複合材との間の隙間を確実に減少させることができる。

上記構成の融着装置において、前記第２複合材は、長手方向（ＬＤ）に沿って延びる長尺状に形成され、前記加熱部は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第２複合材を加熱し、前記加圧部は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する態様としてもよい。
本態様の融着装置によれば、加圧部材を第２複合材の長手方向に沿って移動させながら第２複合材の加熱と加圧の双方が同時に行われる。そのため、加圧部材を用いて、第２複合材の長手方向に沿った領域を連続的に第１複合材に融着させることができる。

本開示に係る融着装置においては、前記第１複合材の下面（２１１）と対応する形状に形成される前記設置面（１１）を有する設置部（１０）を備え、前記加熱部は、前記設置面を加熱することにより、前記設置面と接触する前記第１複合材を加熱する構成としてもよい。
本構成の融着装置によれば、加熱部が設置面を加熱することにより設置面と接触する第１複合材を加熱することができる。第１複合材が加熱部により加熱された状態で加圧部による加圧が行われるため、第１複合材と第２複合材との間の隙間を確実に減少させることができる。

上記構成の融着装置において、前記第２複合材は、長手方向（ＬＤ）に沿って延びる長尺状に形成され、前記加圧部は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する態様としてもよい。
本態様の融着装置によれば、第１複合材が加熱部により加熱された状態で、加圧部材を第２複合材の長手方向に沿って移動させながら第２複合材の加圧が行われる。そのため、加圧部材を用いて、第２複合材の長手方向に沿った領域を連続的に第１複合材に融着させることができる。

本開示に係る融着装置において、前記融着部は、振動伝達部材（２３ａ）を介して超音波振動を前記第２複合材に伝達することにより、前記第１複合材と前記第２複合材とが接触する部分を前記融点以上に加熱する構成としてもよい。
本構成の融着装置によれば、超音波振動を第２複合材に伝達することにより、第１複合材と第２複合材とが接触する部分を確実に融着させることができる。

以上説明した実施形態に記載の融着方法は、例えば以下のように把握される。
本開示に係る融着方法は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる融着方法であって、設置面に設置される前記第１複合材および前記第１複合材に重ねて配置される前記第２複合材の少なくともいずれかに含まれる前記熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱工程（Ｓ１０３）と、前記加熱工程により前記熱可塑性樹脂が前記ガラス転移点以上に加熱された状態で、前記第１複合材と前記第２複合材との間の隙間（ＧＰ）を減少させるように、前記第１複合材および前記第２複合材を加圧部材（２１）により加圧する加圧工程（Ｓ１０４）と、前記加圧工程により前記隙間を減少させた状態で、前記第１複合材および前記第２複合材に含まれる前記熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着工程（Ｓ１０５）と、を備える。

本開示に係る融着方法によれば、加熱工程が、第１複合材および第２複合材の少なくともいずれかに含まれる熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱し、加熱された熱可塑性樹脂が容易に変形可能な状態となる。そして、加圧工程が、第１複合材と第２複合材を加圧することにより、第１複合材と第２複合材との間の隙間が減少する。融着工程は、加圧工程により隙間を減少させた状態で第１複合材および第２複合材に含まれる熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する。加熱工程によって加熱された第１複合材と第２複合材との間の隙間が、加圧工程による加圧によって減少しているため、融着部により第１複合材と第２複合材とを融着させる際の融着品質を向上させることができる。

本開示に係る融着方法において、前記加熱工程は、前記加圧部材を加熱することにより、前記加圧部材と接触する前記第２複合材を加熱する構成としてもよい。
本構成の融着方法によれば、加圧部材を加熱することにより加圧部材と接触する第２複合材を加熱することができる。そのため、加圧部材を介して、加熱部による加熱と加圧部による加圧の双方を同時に行い、第１複合材と第２複合材との間の隙間を確実に減少させることができる。

上記構成の融着方法において、前記第２複合材は、長手方向に沿って延びる長尺状に形成され、前記加熱工程は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第２複合材を加熱し、前記加圧工程は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する態様としてもよい。
本態様の融着方法によれば、加圧部材を第２複合材の長手方向に沿って移動させながら第２複合材の加熱と加圧の双方が同時に行われる。そのため、加圧部材を用いて、第２複合材の長手方向に沿った領域を連続的に第１複合材に融着させることができる。

本開示に係る融着方法においては、前記第１複合材の下面（２１１）と対応する形状に形成される前記設置面（１１）に前記第１複合材（２１０）を設置し、前記第１複合材（２１０）に重なるように前記第２複合材（２２０）を設置する設置工程（Ｓ１０１，Ｓ１０２）を備え、前記加熱工程は、前記設置面を加熱することにより、前記設置面と接触する前記第１複合材を加熱する構成としてもよい。
本構成の融着方法によれば、加熱工程が設置面を加熱することにより設置面と接触する第１複合材を加熱することができる。第１複合材が加熱工程により加熱された状態で加圧工程による加圧が行われるため、第１複合材と第２複合材との間の隙間を確実に減少させることができる。

上記構成の融着方法において、前記第２複合材は、長手方向（ＬＤ）に沿って延びる長尺状に形成され、前記加圧工程は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する態様としてもよい。
本態様の融着方法によれば、第１複合材が加熱部により加熱された状態で、加圧部材を第２複合材の長手方向に沿って移動させながら第２複合材の加圧が行われる。そのため、加圧部材を用いて、第２複合材の長手方向に沿った領域を連続的に第１複合材に融着させることができる。

本開示に係る融着方法において、前記融着工程は、振動伝達部材を介して超音波振動を前記第２複合材に伝達することにより、前記第１複合材と前記第２複合材とが接触する部分を前記融点以上に加熱する構成としてもよい。
本構成の融着装置によれば、超音波振動を第２複合材に伝達することにより、第１複合材と第２複合材とが接触する部分を確実に融着させることができる。

１０ 設置部
１１ 設置面
２０ 融着機構
２１ 加熱部
２１ａ ヒータ
２１ｂ 給電ライン
２１ｃ 電力生成部
２２ 加圧部
２２ａ 加圧ローラ（加圧部材）
２２ｂ ローラ支持部
２２ｃ 加圧力発生部
２３ 融着部
２３ａ 超音波ホーン（振動伝達部材）
２３ｂ 超音波発振器
２４ 冷却部
２４ａ 冷却部材
２４ｂ 加圧力発生部
２４ｃ 冷却媒体供給部
２４ｄ 冷却媒体配管
２５ ベース部
２６ 制御部
２６ａ 記憶部
３０ 移動機構
３１ アーム
３２ リンク機構
４０ 位置決め部材
４１ 位置決め穴
５０ ヒータ（加熱部）
１００，１００Ａ 融着装置
２００ 構造体
２１０ 第１複合材
２２０ 第２複合材
ＧＰ 隙間
ＬＤ 長手方向
ＭＤ 移動方向

Claims (12)

1. それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる融着装置であって、
   設置面に設置される前記第１複合材および前記第１複合材に重ねて配置される前記第２複合材の少なくともいずれかに含まれる前記熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱部と、
   前記加熱部により前記熱可塑性樹脂が前記ガラス転移点以上に加熱された状態で、前記第１複合材と前記第２複合材との間の隙間を減少させるように、前記第１複合材および前記第２複合材を加圧部材により加圧する加圧部と、
   前記加圧部により前記隙間を減少させた状態で、前記第１複合材および前記第２複合材に含まれる前記熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着部と、を備える融着装置。
2. 前記加熱部は、前記加圧部材を加熱することにより、前記加圧部材と接触する前記第２複合材を加熱する請求項１に記載の融着装置。
3. 前記第２複合材は、長手方向に沿って延びる長尺状に形成され、
   前記加熱部は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第２複合材を加熱し、
   前記加圧部は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する請求項２に記載の融着装置。
4. 前記第１複合材の下面と対応する形状に形成される前記設置面を有する設置部を備え、
   前記加熱部は、前記設置面を加熱することにより、前記設置面と接触する前記第１複合材を加熱する請求項１に記載の融着装置。
5. 前記第２複合材は、長手方向に沿って延びる長尺状に形成され、
   前記加圧部は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する請求項４に記載の融着装置。
6. 前記融着部は、振動伝達部材を介して超音波振動を前記第２複合材に伝達することにより、前記第１複合材と前記第２複合材とが接触する部分を前記融点以上に加熱する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の融着装置。
7. それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含む第１複合材と第２複合材とを融着させる融着方法であって、
   設置面に設置される前記第１複合材および前記第１複合材に重ねて配置される前記第２複合材の少なくともいずれかに含まれる前記熱可塑性樹脂をガラス転移点以上に加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程により前記熱可塑性樹脂が前記ガラス転移点以上に加熱された状態で、前記第１複合材と前記第２複合材との間の隙間を減少させるように、前記第１複合材および前記第２複合材を加圧部材により加圧する加圧工程と、
   前記加圧工程により前記隙間を減少させた状態で、前記第１複合材および前記第２複合材に含まれる前記熱可塑性樹脂を融点以上に加熱する融着工程と、を備える融着方法。
8. 前記加熱工程は、前記加圧部材を加熱することにより、前記加圧部材と接触する前記第２複合材を加熱する請求項７に記載の融着方法。
9. 前記第２複合材は、長手方向に沿って延びる長尺状に形成され、
   前記加熱工程は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第２複合材を加熱し、
   前記加圧工程は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する請求項８に記載の融着方法。
10. 前記第１複合材の下面と対応する形状に形成される前記設置面に前記第１複合材を設置し、前記第１複合材に重なるように前記第２複合材を設置する設置工程を備え、
    前記加熱工程は、前記設置面を加熱することにより、前記設置面と接触する前記第１複合材を加熱する請求項７に記載の融着方法。
11. 前記第２複合材は、長手方向に沿って延びる長尺状に形成され、
    前記加圧工程は、前記加圧部材を前記長手方向に沿って移動させながら前記第１複合材および前記第２複合材を加圧する請求項１０に記載の融着方法。
12. 前記融着工程は、振動伝達部材を介して超音波振動を前記第２複合材に伝達することにより、前記第１複合材と前記第２複合材とが接触する部分を前記融点以上に加熱する請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の融着方法。
    

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