JP2023117746A - 繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置 - Google Patents

繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023117746A
JP2023117746A JP2022020474A JP2022020474A JP2023117746A JP 2023117746 A JP2023117746 A JP 2023117746A JP 2022020474 A JP2022020474 A JP 2022020474A JP 2022020474 A JP2022020474 A JP 2022020474A JP 2023117746 A JP2023117746 A JP 2023117746A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
energy director
component
heating
fiber
resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022020474A
Other languages
English (en)
Inventor
保徳 渡邊
Yasunori Watanabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2022020474A priority Critical patent/JP2023117746A/ja
Priority to DE102023102514.7A priority patent/DE102023102514A1/de
Publication of JP2023117746A publication Critical patent/JP2023117746A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
    • B29C65/1412—Infrared [IR] radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1429—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1464—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface making use of several radiators
    • B29C65/1467—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface making use of several radiators at the same time, i.e. simultaneous welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/18—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/18—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools
    • B29C65/24—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools characterised by the means for heating the tool
    • B29C65/245—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using heated tools characterised by the means for heating the tool the heat transfer being achieved contactless, e.g. by radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/72—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by combined operations or combined techniques, e.g. welding and stitching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/024—Thermal pre-treatments
    • B29C66/0242—Heating, or preheating, e.g. drying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/302—Particular design of joint configurations the area to be joined comprising melt initiators
    • B29C66/3022—Particular design of joint configurations the area to be joined comprising melt initiators said melt initiators being integral with at least one of the parts to be joined
    • B29C66/30221—Particular design of joint configurations the area to be joined comprising melt initiators said melt initiators being integral with at least one of the parts to be joined said melt initiators being point-like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/47—Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces
    • B29C66/472—Joining single elements to sheets, plates or other substantially flat surfaces said single elements being substantially flat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7214—Fibre-reinforced materials characterised by the length of the fibres
    • B29C66/72141—Fibres of continuous length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B29C66/73921—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
    • B29C66/8362—Rollers, cylinders or drums moving relative to and tangentially to the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/912—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9121—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature
    • B29C66/91211—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature with special temperature measurement means or methods
    • B29C66/91216—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature with special temperature measurement means or methods enabling contactless temperature measurements, e.g. using a pyrometer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/912—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9121—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature
    • B29C66/91221—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature, the heat or the thermal flux by measuring the temperature of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/914—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/9161—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the temperature, the heat or the thermal flux by controlling or regulating the heat or the thermal flux, i.e. the heat flux
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/919—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges
    • B29C66/9192—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams
    • B29C66/91921—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams in explicit relation to another temperature, e.g. to the softening temperature or softening point, to the thermal degradation temperature or to the ambient temperature
    • B29C66/91941—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams in explicit relation to another temperature, e.g. to the softening temperature or softening point, to the thermal degradation temperature or to the ambient temperature in explicit relation to Tg, i.e. the glass transition temperature, of the material of one of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/91—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux
    • B29C66/919—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges
    • B29C66/9192—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams
    • B29C66/91951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the temperature, the heat or the thermal flux characterised by specific temperature, heat or thermal flux values or ranges in explicit relation to another variable, e.g. temperature diagrams in explicit relation to time, e.g. temperature-time diagrams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/96—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process
    • B29C66/961—Measuring or controlling the joining process characterised by the method for implementing the controlling of the joining process involving a feedback loop mechanism, e.g. comparison with a desired value
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7212—Fibre-reinforced materials characterised by the composition of the fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
    • B29C66/7311—Thermal properties
    • B29C66/73117—Tg, i.e. glass transition temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

【課題】超音波融着に要する時間を短縮できるとともに所望の接合強度を得ることができる繊維強化複合材料の接合方法を提供する。
【解決手段】樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタ５が設けられた第１部品Ａを準備する第１部品準備工程と、樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品Ｂを準備する第２部品準備工程と、エネルギダイレクタ５を、エネルギダイレクタ５に含まれる樹脂のガラス転移温度まで加熱するエネルギダイレクタ加熱工程と、加熱されたエネルギダイレクタ５を第２部品Ｂに対して加圧しつつ第１部品Ａに超音波を印加して第１部品Ａと第２部品Ｂとを融着接合する超音波接合工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、超音波融着による繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置に関するものである。
超音波融着は、発振器で作成した電気的信号を振動子により機械的振動に変換し、ホーンを介して振動を第１部品に伝搬させ、第１部品と第２部品との間で摩擦熱を発生させる。その熱により部品に含浸する熱可塑性樹脂が溶融し、第１部品と第２部品の樹脂が混ざり合う。混ざり合った樹脂を冷やし固めると第１部品と第２部品が融着される。超音波融着では、第１部品と第２部品との間に設けられた突起状のエネルギダイレクタで振動エネルギーを局地集中させることで熱エネルギーへの変換効率を高める（特許文献１）。このエネルギダイレクタは、一般的に第１部品及び第２部品の繊維強化熱可塑性樹脂と同じ樹脂を用いて作られる。
特許第５９７３６９０号公報
超音波加振を行うと、融着面では摩擦発熱によって温度上昇した後に、粘弾性発熱が生じ、融着面が融着可能温度に到達する。このため、融着面の温度が融着可能温度に達するまでに所定の時間を要することになる。
一方、エネルギダイレクタの体積が大きい場合、粘弾性発熱が大きくなり、過昇温によって母材（第１部品または第２部品）に損傷が生じ、所望の接合強度が得られないおそれがある。
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、超音波融着に要する時間を短縮できるとともに所望の接合強度を得ることができる繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法は、樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタが設けられた第１部品を準備する第１部品準備工程と、樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品を準備する第２部品準備工程と、前記エネルギダイレクタを、該エネルギダイレクタに含まれる前記樹脂のガラス転移温度まで加熱するエネルギダイレクタ加熱工程と、加熱された前記エネルギダイレクタを前記第２部品に対して加圧しつつ前記第１部品に超音波を印加して前記第１部品と前記第２部品とを融着接合する超音波接合工程と、を有する。
本開示の一態様に係る接合装置は、樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタが設けられた第１部品と、樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品とを接合する接合装置であって、前記エネルギダイレクタを、該エネルギダイレクタに含まれる前記樹脂のガラス転移温度まで加熱する加熱手段と、加熱された前記エネルギダイレクタを前記第２部品に対して加圧しつつ前記第１部品に超音波を印加するホーンと、前記加熱手段の温度を制御する制御部と、を備えている。
超音波融着に要する時間を短縮できるとともに所望の接合強度を得ることができる。
本開示の第１実施形態に係る超音波融着装置を示した正面図である。 図１のII－II切断線における超音波融着装置の断面図である。 加熱された樹脂の温度経過を示したグラフである。 図１の超音波融着装置の変形例を示した超音波融着装置の断面図である。 本開示の第２実施形態に係る超音波融着装置を示した断面図である。 図５の変形例を示した断面図である。 本開示の第３実施形態に係る超音波融着装置を示した断面図である。
［第１実施形態］
以下、本開示の第１実施形態について、図面を用いて説明する。
図１及び図２には、本実施形態に係る超音波融着装置（接合装置）１が示されている。同図では、第１部品Ａと第２部品Ｂとを超音波振動によって加熱して接合している状態が示されている。ハッチングされた領域が加熱領域Ｈとして示されている。
第１部品Ａと第２部品Ｂは、製品を構成する構造部材である。第１部品Ａ及び第２部品Ｂは、樹脂を繊維で強化した繊維強化複合材料とされている。用いられる繊維は、本実施形態では炭素繊維とされるが、ガラス繊維、アラミド繊維、ケブラー繊維などでも良い。繊維の形態は、連続繊維が用いられ、構造材が主荷重を負担する主荷重方向（０°方向）に加え、９０°方向、＋４５°方向、－４５°方向などに配置されている。これら０°方向、９０°方向、＋４５°方向または－４５°方向の繊維を有するそれぞれの樹脂層が厚さ方向に積層されて第１部品Ａ及び第２部品Ｂが形成されている。第１部品Ａ及び第２部品Ｂに用いられる樹脂は、熱可塑性樹脂が用いられる。樹脂としては、例えば、ＰＥＥＫ（Poly Ethel Ethel Ketone）、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）などのスーパーエンジニアリングプラスチックをはじめ、PA（Poly Amide）などのエンジニアリングプラスチックや汎用プラスチックが用いられる。
超音波融着装置１は、第１部品Ａの上方に配置されるホーン３と、第２部品Ｂを下方から支持する受け治具４とを備えている。受け治具４は、金属製が一般的であるが、接合時において形状を維持する程度の剛性を有していれば他の材料でもよい。さらに、図示しないが、超音波融着装置１は、超音波信号を発信する発振器と、発振器から出力された超音波信号を受けて振動する超音波振動子とを備えている。
超音波振動子から出力された超音波振動がホーン３を介して第１部品Ａへ伝達される。具体的には、ホーン３の下端に第１部品Ａの上面が接触するように第１部品Ａが設けられ、第１部品Ａの内部に超音波振動が伝達される。ホーン３の加振周波数は、例えば１０ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下とされる。
ホーン３は、図示しない制御部によって動作するアクチュエータによって上下動するように構成されており、融着時には下方へ荷重が加わるように制御される。第１部品Ａに付加される圧力は、１ＭＰａ以上とされる。
第１部品Ａの下面となる接合面には、複数のエネルギダイレクタ５が形成されている。エネルギダイレクタ５は、第１部品Ａを介して伝達された超音波振動を第２部品Ｂの表面に対して局地集中させるものである。エネルギダイレクタ５は、第２部品Ｂに向かって突起する突起形状とされており、図１及び図２では三角柱形状とされている。ただし、三角柱に代えて半円柱形状を用いても良いし、角錐形状や円錐形状としても良い。エネルギダイレクタ５は第１部品Ａの下面ではなく、第２部品Ｂの上面に形成されていてもよい。エネルギダイレクタ５は、樹脂製とされており、あるいは炭素繊維と樹脂の複合材料とされていても良い。樹脂は、第１部品Ａ及び第２部品Ｂと共通の樹脂を用いることが好ましい。
図１に示すように、超音波融着装置１は、第１部品Ａの下面に設けられたエネルギダイレクタ５を加熱するＩＲヒータ（赤外線ヒータ）７を備えている。ＩＲヒータ７は、図１のように正面視した場合に、幅方向（図１において横方向）の両側のそれぞれに設けられている。
図２に示すように、超音波融着装置１は、ホーン３の前後に、前方ローラ（加圧ローラ）９と後方ローラ（加圧ローラ）１０とを備えている。これらローラ９，１０は、第１部品Ａの上面を転動しつつ、下方に静荷重が付与されて第１部品Ａを下方へ押圧する。各ローラ９，１０によって第１部品Ａに付加される圧力は、１ＭＰａ以上とされる。
各ローラ９，１０、ホーン３及びＩＲヒータ７は、同期した状態で、図示しないアクチュエータによって図２において左方へと変位される。矢印Ｆ１は、各ローラ９，１０、ホーン３及びＩＲヒータ７の進行方向を示している。
超音波融着装置１の動作は、制御部（図示せず）によって制御される。制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
次に、超音波融着装置１を用いた第１部品Ａと第２部品Ｂの接合方法について説明する。
先ず、図１及び図２に示すように、受け治具４上に第２部品Ｂを設置する（第２部品準備工程）とともに、エネルギダイレクタ５を備えた第１部品Ａを第２部品Ｂ上に設置する（第１部品準備工程）。そして、第１部品Ａの上面に接触するようにホーン３を設置するとともに、図２に示すように前方ローラ９及び後方ローラ１０を第１部品Ａの上面に設置する。このとき、図１に示すように、ＩＲヒータ７もエネルギダイレクタ５の側方に設置される。
そして、制御部の指令によって、ホーン３，各ローラ９，１０及びＩＲヒータ７を進行方向Ｆ１（図２参照）に移動させつつ、ＩＲヒータ７を発熱させることによってエネルギダイレクタ５を直接加熱する（エネルギダイレクタ加熱工程）。これにより、図３に示すように、エネルギダイレクタ５に含まれる樹脂は室温からガラス転移温度まで加熱される。樹脂にＰＥＥＫを用いた場合、ガラス転移温度は１４３℃である。エネルギダイレクタ５をガラス転移温度まで加熱するためにＩＲヒータ７から放射される発熱量は、ホーン３等の移動速度等を考慮して予め決定されており、制御部の記憶部に保存されている。
そして、制御部による指令によってホーン３から超音波振動を第１部品Ａに伝達するとともに、ホーン３を下方へ変位させることによって第１部品Ａを第２部品Ｂに対して押圧して加圧する。これにより、ガラス転移温度まで加熱されたエネルギダイレクタ５を用いて摩擦発熱と粘弾性発熱を生じさせ、融着温度まで加熱する（図３参照）。そして、エネルギダイレクタ５、第１部品Ａ及び第２部品Ｂの樹脂が溶融し、エネルギダイレクタ５が第１部品Ａ及び第２部品Ｂに溶け込むことによって、第１部品Ａと第２部品Ｂとが融着接合される（超音波接合工程）。
以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
エネルギダイレクタ加熱工程でＩＲヒータ７を用いてエネルギダイレクタ５の樹脂のガラス転移温度まで加熱しておくことで、超音波を印加する超音波接合工程の初期から粘弾性発熱を生じさせることができる。これにより、超音波接合工程で摩擦発熱と粘弾性発熱の両方を作用させることができ、融着に要する時間を短縮できる。
エネルギダイレクタ加熱工程で予めエネルギダイレクタ５を加熱しておくことで、超音波接合工程によって融着温度まで到達させるための温度差を低減することができ、必要な粘弾性発熱量を小さくできる。これにより、エネルギダイレクタ５の過昇温によって母材（第１部品Ａまたは第２部品Ｂ）を損傷させるリスクを低減でき、所望の接合強度を得ることができる。
粘弾性発熱量はエネルギダイレクタ５の体積に依存するため、上記の作用によって必要な粘弾性発熱量が低減できるのでエネルギダイレクタ５を小さくできる。これにより、融着後のエネルギダイレクタ５由来の樹脂層を低減でき、重量低減と強度向上を図ることができる。
ＩＲヒータ７を用いてエネルギダイレクタ５を直接加熱することによって、効率的にエネルギダイレクタ５を加熱することができる。
なお、図４に示すように、第１部品Ａの上面の温度を計測する温度計として放射温度計１２を設けることとしても良い。放射温度計１２の出力は制御部に送信される。これにより、接合部の温度をモニタすることができ、高い再現性をもって接合することができ、また過昇温等のリスクを低減できる。例えば、第１部品Ａの上面の温度が所望の設定温度となるようにＩＲヒータ７の発熱量を調整することができる。この設定温度としては、例えば、エネルギダイレクタ５のガラス転移温度に対応する第１部品Ａの上面の温度を用いることができる。設定温度は、予め試験等によって得ておくことができる。
温度計によって計測する対象は、第１部品Ａの上面に限定されるものではなく、接合部の温度が反映される位置であれば良く、例えばエネルギダイレクタ５又は第２部品Ｂであっても良い。
［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について、図５を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、エネルギダイレクタ加熱工程における加熱方法が異なり、その他については同様である。したがって、以下の説明では、第１実施形態と異なる点について説明し、共通する構成は同一符号を付しその説明を省略する。
図５は、図２と同様に図１のII－II切断線における断面図である。本実施形態の超音波融着装置（接合装置）１Ｂは、第１実施形態のＩＲヒータ７に代えて、前方ローラ９Ｂの内部に設けられたヒータ１４を備えている。ヒータ１４は、例えば電熱線とされており、制御部の指令によって発熱量（通電量）が調整される。
ヒータ１４を備えた前方ローラ９Ｂを用いて第１部品Ａの上面を加熱することによって、ホーン３による加圧加振前に、エネルギダイレクタ加熱工程としてエネルギダイレクタ５をガラス転移温度まで加熱することができる。これにより、接合に用いられる加圧力の付与とエネルギダイレクタ５の加熱を同時に行うことができる。
第１部品Ａを加熱することで第１部品Ａを介してエネルギダイレクタ５を間接加熱することとしたので、第１部品Ａが熱拡散部材として機能し、第１部品Ａの接合面（図５において下面）に設けられた複数のエネルギダイレクタ５の全体を可及的に均一に加熱することができる。
なお、図６に示すように、前方ローラ９Ｂによる加熱に代えて、第１部品Ａの上面をＩＲヒータ（赤外線ヒータ）１６で加熱することとしても良い。ＩＲヒータ１６によって、ホーン３の進行方向Ｆ１側（すなわち前方）が加熱される。これにより、ヒータ１４を備えた前方ローラ９Ｂと同様に、ホーン３による加圧加振前に、エネルギダイレクタ加熱工程としてエネルギダイレクタ５をガラス転移温度まで加熱することができる。ＩＲヒータ１６によって輻射加熱することで、第１部品Ａの上面を可及的に均一に加熱することができる。
［第３実施形態］
次に、本開示の第３実施形態について、図７を用いて説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、エネルギダイレクタ加熱工程における加熱方法が異なり、その他については同様である。したがって、以下の説明では、第１実施形態と異なる点について説明し、共通する構成は同一符号を付しその説明を省略する。
図７は、図２と同様に図１のII－II切断線における断面図である。本実施形態の超音波融着装置（接合装置）１Ｃは、第１実施形態のＩＲヒータ７に代えて、受け治具４の下方に設けられたＩＲヒータ（赤外線ヒータ）１８を備えている。ＩＲヒータ１８は、制御部の指令によって発熱量（通電量）が調整される。なお、受け治具４を加熱できるものであれば、ＩＲヒータ１８に限定されるものではなく、電熱線等を用いても良い。
受け治具４をＩＲヒータ１８によって加熱することで、第２部品Ｂを介してエネルギダイレクタ５を間接加熱することができる。これにより、エネルギダイレクタ加熱工程としてエネルギダイレクタ５をガラス転移温度まで加熱することができる。
第２部品Ｂを介してエネルギダイレクタ５を間接加熱することで、第２部品Ｂが熱拡散部材として機能し、複数のエネルギダイレクタ５の全体を可及的に均一に加熱することができる。
また、第２部品を支持する受け治具４をＩＲヒータ１８で加熱することとしたので、第２部品Ｂの全体を可及的に均一に加熱することができる。
なお、上述した各実施形態における「樹脂のガラス転移温度まで加熱」とは、樹脂のガラス転移温度を厳密に意味するのではなく、超音波接合工程の初期から粘弾性発熱を生じさせることができるという作用効果が奏される程度まで加熱されていれば良く、例えばガラス転移温度の±１５℃の温度範囲も含まれる。
また、上述した各実施形態において、エネルギダイレクタ加熱工程として、ＩＲヒータ７（図１）、前方ローラ９Ｂのヒータ１４（図５）、第１部品Ａの上面を加熱するＩＲヒータ１６（図６）及び受け治具４を加熱するＩＲヒータ１８（図７）を用いることとしたが、これら加熱手段を適宜組み合わせて用いる用にしても良い。
また、ローラ９，９Ｂ，１０に代えて、第１部品Ａの上面に対して摺動するブロックを用いることとしても良い。
以上説明した各実施形態に記載の繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法は、樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタ（５）が設けられた第１部品（Ａ）を準備する第１部品準備工程と、樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品（Ｂ）を準備する第２部品準備工程と、前記エネルギダイレクタを、該エネルギダイレクタに含まれる前記樹脂のガラス転移温度まで加熱するエネルギダイレクタ加熱工程と、加熱された前記エネルギダイレクタを前記第２部品に対して加圧しつつ前記第１部品に超音波を印加して前記第１部品と前記第２部品とを融着接合する超音波接合工程と、を有する。
エネルギダイレクタ加熱工程でエネルギダイレクタの樹脂のガラス転移温度まで加熱しておくことで、超音波を印加する超音波接合工程の初期から粘弾性発熱を生じさせることができる。これにより、超音波接合工程で摩擦発熱と粘弾性発熱の両方を作用させることができ、融着に要する時間を短縮できる。
エネルギダイレクタ加熱工程で予めエネルギダイレクタを加熱しておくことで、超音波接合工程によって融着温度まで到達させるための温度差を低減することができ、必要な粘弾性発熱量を小さくできる。これにより、エネルギダイレクタの過昇温によって母材（第１部品または第２部品）を損傷させるリスクを低減でき、所望の接合強度を得ることができる。
粘弾性発熱量はエネルギダイレクタの体積に依存するため、上記の作用によって必要な粘弾性発熱量が低減できるのでエネルギダイレクタを小さくできる。これにより、融着後のエネルギダイレクタ由来の樹脂層を低減でき、重量低減と強度向上を図ることができる。
本開示における「樹脂のガラス転移温度まで加熱」とは、樹脂のガラス転移温度を厳密に意味するのではなく、超音波接合工程の初期から粘弾性発熱を生じさせることができるという作用効果が奏される程度まで加熱されていれば良く、例えばガラス転移温度の±１５℃の温度範囲も含まれる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記エネルギダイレクタを直接加熱する。
エネルギダイレクタを直接加熱することによって、効率的に加熱することができる。直接加熱としては、非接触的に直接加熱する方法として赤外線（ＩＲ）ヒータを用いることができる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第１部品を加熱することによって前記エネルギダイレクタを間接加熱する。
第１部品を加熱することによって第１部品を介してエネルギダイレクタを間接加熱することとした。これにより、第１部品が熱拡散部材として機能し、第１部品の接合面に設けられた複数のエネルギダイレクタの全体を可及的に均一に加熱することができる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第１部品を前記第２部品に向けて加圧する加圧ローラ（９）又はブロックによって前記第１部品を加熱する。
加圧ローラによって第１部品を加熱することとし、接合に用いられる加圧力の付与とエネルギダイレクタの加熱を同時に行うことができる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第１部品の前記接合面と反対側の表面を赤外線ヒータ（１６）で加熱する。
第１部品の表面を赤外線（ＩＲ）ヒータを用いて輻射加熱することで、可及的に均一に加熱することができる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第２部品を加熱することによって前記エネルギダイレクタを間接加熱する。
第２部品を加熱することによって第２部品を介してエネルギダイレクタを間接加熱することとした。これにより、第２部品が熱拡散部材として機能し、第１部品の接合面に設けられた複数のエネルギダイレクタの全体を可及的に均一に加熱することができる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第２部品を支持する受け治具（４）を加熱することによって前記第２部品を加熱する。
第２部品を支持する受け治具を加熱することによって、第２部品の全体を可及的に均一に加熱することができる。
本開示の一態様に係る繊維強化複合材料の接合方法では、前記第１部品、前記第２部品または前記エネルギダイレクタの温度を計測する温度計測工程を有する。
接合部の温度をモニタすることができ、高い再現性をもって接合することができ、また過昇温等のリスクを低減できる。
本開示の一態様に係る接合装置は、樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタが設けられた第１部品と、樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品とを接合する接合装置であって、前記エネルギダイレクタを、該エネルギダイレクタに含まれる前記樹脂のガラス転移温度まで加熱する加熱手段と、加熱された前記エネルギダイレクタを前記第２部品に対して加圧しつつ前記第１部品に超音波を印加するホーンと、前記加熱手段の温度を制御する制御部と、を備えている。
１，１Ｂ，１Ｃ 超音波融着装置（接合装置）
３ ホーン
４ 受け治具
５ エネルギダイレクタ
７ ＩＲヒータ（赤外線ヒータ）
９，９Ｂ 前方ローラ（加圧ローラ）
１０ 後方ローラ（加圧ローラ）
１２ 放射温度計
１４ ヒータ
１６ ＩＲヒータ（赤外線ヒータ）
１８ ＩＲヒータ（赤外線ヒータ）
Ａ 第１部品
Ｂ 第２部品
Ｆ１ 進行方向
Ｈ 加熱領域

Claims (9)

  1. 樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタが設けられた第１部品を準備する第１部品準備工程と、
    樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品を準備する第２部品準備工程と、
    前記エネルギダイレクタを、該エネルギダイレクタに含まれる前記樹脂のガラス転移温度まで加熱するエネルギダイレクタ加熱工程と、
    加熱された前記エネルギダイレクタを前記第２部品に対して加圧しつつ前記第１部品に超音波を印加して前記第１部品と前記第２部品とを融着接合する超音波接合工程と、
    を有する繊維強化複合材料の接合方法。
  2. 前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記エネルギダイレクタを直接加熱する請求項１記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  3. 前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第１部品を加熱することによって前記エネルギダイレクタを間接加熱する請求項１に記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  4. 前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第１部品を前記第２部品に向けて加圧する加圧ローラ又はブロックによって前記第１部品を加熱する請求項３に記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  5. 前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第１部品の前記接合面と反対側の表面を赤外線ヒータで加熱する請求項３に記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  6. 前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第２部品を加熱することによって前記エネルギダイレクタを間接加熱する請求項１に記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  7. 前記エネルギダイレクタ加熱工程は、前記第２部品を支持する受け治具を加熱することによって前記第２部品を加熱する請求項６に記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  8. 前記第１部品、前記第２部品または前記エネルギダイレクタの温度を計測する温度計測工程を有する請求項１から７のいずれかに記載の繊維強化複合材料の接合方法。
  9. 樹脂と繊維の複合材料とされ、接合面に対して樹脂を含む複数のエネルギダイレクタが設けられた第１部品と、樹脂と繊維の複合材料とされた第２部品とを接合する接合装置であって、
    前記エネルギダイレクタを、該エネルギダイレクタに含まれる前記樹脂のガラス転移温度まで加熱する加熱手段と、
    加熱された前記エネルギダイレクタを前記第２部品に対して加圧しつつ前記第１部品に超音波を印加するホーンと、
    前記加熱手段の温度を制御する制御部と、
    を備えている接合装置。
JP2022020474A 2022-02-14 2022-02-14 繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置 Pending JP2023117746A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022020474A JP2023117746A (ja) 2022-02-14 2022-02-14 繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置
DE102023102514.7A DE102023102514A1 (de) 2022-02-14 2023-02-02 Verfahren zum verbinden von faserverstärktem verbundmaterial und verbindungsvorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022020474A JP2023117746A (ja) 2022-02-14 2022-02-14 繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023117746A true JP2023117746A (ja) 2023-08-24

Family

ID=87430646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022020474A Pending JP2023117746A (ja) 2022-02-14 2022-02-14 繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023117746A (ja)
DE (1) DE102023102514A1 (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3135715B1 (en) 2014-04-25 2020-07-29 Teijin Limited Fiber-reinforced plastic joined body, method for producing fiber-reinforced plastic joined body, and fiber-reinforced molded article

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023102514A1 (de) 2023-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Grewell et al. Welding of plastics: fundamentals and new developments
Jongbloed et al. On differences and similarities between static and continuous ultrasonic welding of thermoplastic composites
Benatar et al. Ultrasonic welding of plastics and polymeric composites
US7942998B2 (en) Method and apparatus for laser welding thermoplastic resin members
US8172969B2 (en) Apparatus and method for ultrasonic processing of laminates
US4490199A (en) Method and apparatus for splicing polymeric webs
JP6349502B2 (ja) 接合装置
WO2016114239A1 (ja) 処理装置および処理方法
JP2008544887A (ja) 超音波組立方法
JP4740028B2 (ja) 中空体成形装置
US20150210003A1 (en) Transverse Sonotrode Design for Ultrasonic Welding
Jongbloed et al. Improving the quality of continuous ultrasonically welded thermoplastic composite joints by adding a consolidator to the welding setup
JP3812652B2 (ja) ファスナーテープに対する補強テープ片の超音波溶着方法及び溶着装置
CN104228059A (zh) 一种热固性聚合物基复合材料电阻焊接装置及方法
JP2023117746A (ja) 繊維強化複合材料の接合方法及び接合装置
EP0427793A1 (en) Bonding of plastic and plastic matrix composite materials
Jongbloed et al. On the use of a rounded sonotrode for the welding of thermoplastic composites
Yeh Ultrasonic welding of medical plastics
EP3017931B1 (en) Induction welding method for electrically conducting composite materials having a thermosetting matrix
JP2022142144A (ja) 融着装置および融着方法
JP2010143156A (ja) 超音波溶着法
JP2016199611A (ja) 処理装置
JP2017100408A (ja) 接合体の製造方法
JP2023013122A (ja) 接合方法及び接合装置
JP2024532212A (ja) 材料の超音波圧密

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240913