JP6280839B2

JP6280839B2 - 繊維強化樹脂接合体の製造方法

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Publication number: JP6280839B2
Application number: JP2014169766A
Authority: JP
Inventors: 藤井　俊彰; 俊彰藤井; 山下　大也; 大也山下; 加藤　洋; 洋加藤; 聡宮津
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: JP2016043583A; US20160052203A1; DE102015215715A1; US9919473B2

Description

本発明は、熱可塑性樹脂と不連続繊維とを含んで構成される複合部材同士を接合して繊維強化樹脂接合体を得る繊維強化樹脂接合体の製造方法に関する。

例えば、軽量化や高強度化等を図る観点から、繊維強化樹脂を用いて、自動車等の車体構成部材を作製することが試みられている。この繊維強化樹脂の中でも、特に、熱硬化性樹脂に比して容易に且つ短時間で成形することが可能な熱可塑性樹脂を母材とする繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）を用いることが着目されている。ＦＲＴＰからなる複合部材では、上記の通り母材である熱可塑性樹脂を加熱により溶融できるため、別個に作製した複合部材同士を容易に溶着することができる。これによって、複数個の複合部材を互いに接合して、繊維強化樹脂接合体を得ることで、大型の車体構成部材であっても容易且つ低コストに作製することが可能になる。

この場合、複合部材同士の接合強度を高めて、繊維強化樹脂接合体の機械的性質を向上させるためには、複合部材同士の間で相互に絡み合った強化繊維を略均等に含む接合部が形成されるように溶着を行うことが考えられる。

そこで、例えば、特許文献１に示す複合部材の溶着方法が提案されている。この溶着方法では、第１複合部材及び第２複合部材の接合端部同士を重畳した状態で互いの接触面を接合して接合部を形成することで繊維強化樹脂接合体を得る。具体的には、先ず、接合端部の接合部を形成する接合面をそれぞれ加熱し、熱可塑性樹脂を溶融させることで、該接合面から強化繊維の一部を露出させる。次に、互いの接合面が接触するように接合端部同士を重畳し、加圧成形しながら溶着する。これによって、重畳された接合端部同士の間に、各々の強化繊維が絡み合って略均等に含まれる接合部が形成された繊維強化樹脂接合体が得られるとのことである。

特開平１１−９０９８６号公報

上記の溶着方法では、重畳した接合端部同士の間に接合部を形成するため、繊維強化樹脂接合体のうち、重畳体からなる接合部と他の部分との間には、必然的に段差が生じる。すなわち、接合部が段部となる繊維強化樹脂接合体が得られる。このような段部は、繊維強化樹脂接合体の美観意匠性を低下させてしまう懸念がある。また、繊維強化樹脂接合体を車体構成部材等として用いる場合、上記の段部が車体の空力特性等を低下させてしまう懸念がある。さらに、上記の溶着方法では、接合部の厚さが増大することを回避できないため、所望の形状の繊維強化樹脂接合体を得ることや、十分に軽量化された繊維強化樹脂接合体を得ることが容易ではない。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、接合端部同士の間で相互に絡み合った不連続繊維を略均等に含む接合部を段部とすることなく形成可能な繊維強化樹脂接合体の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、第１熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌａの第１不連続繊維を含んで構成される第１複合部材及び第２複合部材の接合端部同士を加熱した状態で下型と上型の間で加圧して接合することで、繊維強化樹脂接合体を得る繊維強化樹脂接合体の製造方法であって、前記下型に前記接合端部同士の互いの端面が第１長さで離間して対向するように前記第１複合部材及び前記第２複合部材を配置し、第１加熱手段を用いて前記下型を加熱することで、前記第１複合部材及び前記第２複合部材の前記端面から各々の内部に向かって第２長さに至るまでの範囲を溶融させることと並行して、第２熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌｂの第２不連続繊維を含んで構成される接合用部材を、第２加熱手段を用いて加熱して溶融させる加熱工程と、溶融した前記接合端部同士に跨るように、溶融した前記接合用部材を配置して重畳体を形成する重畳工程と、前記下型と前記上型を接近させて前記重畳体を加圧することで、前記接合端部の溶融部分及び前記接合用部材を、前記接合端部同士の互いの前記端面の間に向かって流動させ、互いに混合する加圧工程と、前記接合端部と前記接合用部材が混合された混合部位を冷却固化させることで、前記第１複合部材及び前記第２複合部材が前記混合部位を介して接合された繊維強化樹脂接合体を得る固化工程とを有し、前記第１長さが、前記繊維長Ｌｂの１／２以上となり、且つ前記第２長さが前記繊維長Ｌａ以上となるように設定することを特徴とする。

本発明に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法では、先ず、加熱工程を行う。すなわち、接合端部同士の端面が互いに第１長さで離間して対向するように、つまり、接合端部同士を重畳させることなく第１複合部材及び第２複合部材を下型上に配置する。この際、第１長さが、接合用部材の第２不連続繊維の繊維長Ｌｂの１／２以上となるように設定する。

そして、第１加熱手段を用いて下型を加熱することで、接合端部のうち、端面から第２長さに至るまでの範囲の第１熱可塑性樹脂を溶融して溶融部分とする。この際、第２長さが、第１複合部材及び第２複合部材の第１不連続繊維の繊維長Ｌａ以上となるように設定する。また、これと並行して、第２加熱手段を用いて接合用部材を加熱し溶融させる。

次に、重畳工程として、上記の溶融部分を形成した接合端部同士に跨るように、溶融した接合用部材を配置する。これによって、下型上に溶融した状態の重畳体が形成される。

次に、下型と上型を接近させて、重畳体に加圧力を付与して加圧工程を行う。これによって、接合用部材及び接合端部の溶融部分を、互いに混合しつつ、接合端部の端面同士の間の空間を満たすように流動させることができる。その結果、接合端部同士の間に、溶融部分と接合用部材とが混合されてなる混合部位を形成することができる。この混合部位は、上記の通り加圧力が付与された重畳体が均されることで形成される。従って、混合部位の厚さは、第１複合部材及び第２複合部材自体の厚さと略一致する。

また、上記のようにして溶融部分及び接合用部材を流動させることで、該溶融部分及び接合用部材中の第１不連続繊維及び第２不連続繊維も移動させることができる。このように、溶融部分及び接合用部材の流動に伴って、第２不連続繊維を移動させても、接合端部の端面同士の距離（第１長さ）が上記の通り設定されているため、該第２不連続繊維が過度に変形してしまうこと等を抑制できる。従って、接合端部の端面同士の間に、第２不連続繊維を効果的に進入させて、第１不連続繊維と絡み合わせることができる。

さらに、第２長さを上記の通り設定しているため、溶融部分が、第１不連続繊維の繊維長Ｌａに対して十分に大きくなっている。これによって、溶融部分中に含まれる第１不連続繊維のうち、非溶融部分から連続することで移動が規制された状態にあるものの割合を効果的に低下させることができる。すなわち、第１不連続繊維を良好に移動させて、第２不連続繊維と効果的に絡み合わせることができる。

従って、上記の通り、第１長さ及び第２長さを設定することによって、効果的に絡み合った第１不連続繊維及び第２不連続繊維を略均等に含む混合部位を得ることが可能になる。

このようにして得られた混合部位を固化工程において冷却固化させることで、第１複合部材と第２複合部材が混合部位を介して接合された繊維強化樹脂を得ることができる。すなわち、この繊維強化樹脂接合体では、上記の混合部位を第１複合部材と第２複合部材の接合部とすることができる。これによって、第１複合部材及び第２複合部材の接合強度を効果的に高めることができ、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体を容易に得ることが可能になる。

また、上記の通り、混合部位の厚さが、第１複合部材及び第２複合部材自体の厚さと略一致するため、接合端部同士の接合部を段部とすることなく繊維強化樹脂接合体を得ることができる。その結果、繊維強化樹脂接合体の美観意匠性や、空力特性等が低下することを効果的に抑制できる。また、接合部の厚さが増大することを回避できるため、所望の形状の繊維強化樹脂接合体を得ることや、十分に軽量化された繊維強化樹脂接合体を得ることが容易になる。

また、本発明は、第１熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌａの第１不連続繊維を含んで構成される第１複合部材及び第２複合部材の接合端部同士を、下型と上型の間で加熱及び加圧して接合することで、繊維強化樹脂接合体を得る繊維強化樹脂接合体の製造方法であって、前記接合端部同士の互いの端面が第１長さ離間して対向するように前記第１複合部材及び前記第２複合部材を配置し、且つ第２熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌｂの第２不連続繊維を含んで構成される接合用部材を前記接合端部同士に跨るように配置して重畳体を形成する重畳工程と、前記下型及び前記上型で前記重畳体を挟持して加熱することで、前記接合用部材を溶融させ、且つ前記第１複合部材及び前記第２複合部材の前記端面から各々の内部に向かって第２長さに至るまでの範囲を溶融させる加熱工程と、前記上型と前記下型とをさらに接近させて前記重畳体を加圧することで、前記接合端部の溶融部分及び前記接合用部材を、前記接合端部同士の互いの前記端面の間に向かって流動させ、互いに混合する加圧工程と、前記接合端部と前記接合用部材が混合された混合部位を冷却固化させることで、前記第１複合部材及び前記第２複合部材が前記混合部位を介して接合された繊維強化樹脂接合体を得る固化工程と、を有し、前記第１長さが、前記繊維長Ｌｂの１／２以上となり、且つ前記第２長さが前記繊維長Ｌａ以上となるように設定することを特徴とする。

本発明に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法では、先ず、重畳工程を行う。この重畳工程では、接合端部同士の端面が互いに第１長さで離間して対向するように配置し、且つ該接合端部同士に跨るように接合用部材を配置する。この際、第１長さが、接合用部材の第２不連続繊維の繊維長Ｌｂの１／２以上となるように設定する。

次に、加熱工程において、接合用部材の第２熱可塑性樹脂を溶融するとともに、接合端部のうち、端面から第２長さに至るまでの範囲の第１熱可塑性樹脂を溶融して溶融部分とする。この際、第２長さが、第１複合部材及び第２複合部材の第１不連続繊維の繊維長Ｌａ以上となるように設定する。

次に、加圧工程において、上記のように溶融させた重畳体に、重畳方向の両側から上型及び下型によって加圧力を付与する。その結果、接合端部同士の間に、溶融部分と接合用部材とが混合されてなり、第１複合部材及び第２複合部材自体の厚さと略一致する厚さの混合部位を形成することができる。

この混合部位では、第１長さが上記の通り設定されることで、第２不連続繊維の過度な変形等が抑制されている。従って、接合端部の端面同士の間に、第２不連続繊維を効果的に進入させて、第１不連続繊維と絡み合わせることができる。また、第２長さが上記の通り設定されることで、溶融部分中に含まれる第１不連続繊維のうち、非溶融部分から連続することで移動が規制された状態にあるものの割合を効果的に低下させることができる。すなわち、第１不連続繊維を良好に移動させて、第２不連続繊維と効果的に絡み合わせることができる。従って、上記の通り、第１長さ及び第２長さを設定することで、効果的に絡み合った第１不連続繊維及び第２不連続繊維を略均等に含む混合部位を得ることが可能になる。

上記の繊維強化樹脂接合体の製造方法において、前記重畳工程では、前記接合端部のそれぞれと前記接合用部材とを重ね合わせた部位の重ね合わせ長さが、それぞれ前記接合用部材の厚さ以上であり且つ前記第２長さの１／２以下となるように設定することが好ましい。

このように、重ね合わせ長さを接合用部材の厚さ以上とすることで、重畳体中の接合用部材と接合端部の接触面積を十分に確保することができる。すなわち、加圧工程において、上記の重畳体に加圧力を付与することで、接合用部材と接合端部とを流動させつつ良好に混合することができる。つまり、第１不連続繊維と第２不連続繊維とが効果的に絡み合った混合部位を得ることが可能になる。

また、溶融部分のうち、非溶融部分との境界付近では、他の部分に比して、非溶融部分に拘束されることで流動が規制されている第１不連続繊維の割合が増大する傾向にある。このため、上記の境界付近では、接合用部材を重畳して加圧力を付与しても第１不連続繊維の流動が生じ難く、第２不連続繊維と絡み合い難い。そこで、重ね合わせ長さを第２長さの１／２以下として、接合用部材の両端部と、上記の境界付近との距離を十分に大きくすることで、第１不連続繊維と第２不連続繊維とが効果的に絡み合った混合部位を得ることが可能になる。

すなわち、重ね合わせ長さを上記の範囲とすることで、効果的に絡み合った第１不連続繊維及び第２不連続繊維を略均等に含む混合部位を接合部とすることができる。これによって、接合端部同士の接合強度を一層効果的に高めることができ、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体を得ることが可能になる。

上記の繊維強化樹脂接合体の製造方法において、前記接合用部材は、前記第１複合部材及び前記第２複合部材に臨む側の面から突出する凸部を有し、前記凸部を、前記接合端部同士の互いの前記端面の間に介在させるように前記重畳体を形成することが好ましい。この場合、溶融部分と接合用部材とを一層良好に混合することができるため、効果的に絡み合った第１不連続繊維及び第２不連続繊維を略均等に含む混合部位を容易に形成することができる。その結果、接合端部同士の接合強度を一層効果的に高め、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体を得ることが可能になる。

上記の繊維強化樹脂接合体の製造方法において、前記接合用部材は、第１接合用部材と第２接合用部材から構成され、前記第１接合用部材及び前記第２接合用部材の合計体積は、前記端面のうち、前記接合端部同士の互いの前記端面が互いに対向する部位の面積と、前記第１長さとの積で表される体積と略一致するように設定され、前記重畳工程では、前記重畳体の重畳方向の一端側に前記第１接合用部材が配置され、且つ他端側に前記第２接合用部材が配置されるように前記重畳体を形成することが好ましい。

この場合、接合端部の端面同士の間に向かって、重畳体の重畳方向の両側から第１接合用部材及び第２接合用部材が流動して混合部位が形成される。従って、溶融部分と接合用部材が一層良好に混合され、相互に絡み合った第１不連続繊維及び第２不連続繊維が上記の重畳方向に対しても略均等に含まれる混合部位を得ることができる。これによって、接合端部同士の接合強度を一層効果的に高め、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体を得ることが可能になる。

本発明では、相互に絡み合った強化繊維を略均等に含む接合部を段部とすることなく接合端部同士の間に形成する。これによって、接合端部同士の接合強度を効果的に高めることができ、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体を容易に得ることが可能になる。また、第１複合部材及び第２複合部材自体の厚さと略等しい厚さの接合部を得ることができるため、繊維強化樹脂接合体の美観意匠性や、空力特性等を向上させることができる。さらに、所望の形状の繊維強化樹脂接合体を得ることや、十分に軽量化された繊維強化樹脂接合体を得ることが容易になる。

本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法において、下型と上型の間に重畳体を配置した状態を示す概略斜視構成図である。図１の下型及び上型を互いに接近させて該重畳体を挟持した状態を示す概略斜視構成図である。図２の下型及び上型をさらに接近させた状態を示す概略斜視構成図である。図３の下型及び上型から取り出された繊維強化樹脂接合体の概略斜視構成図である。本発明の第３実施形態に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法において形成した重畳体の概略斜視構成図である。本発明の第４実施形態に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法において形成した重畳体の概略斜視構成図である。

以下、本発明に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法につき、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

＜＜第１実施形態＞＞
本発明の第１実施形態に係る繊維強化樹脂接合体の製造方法（以下、単に製造方法ともいう）について、図１〜図４を参照しつつ説明する。第１実施形態に係る製造方法では、図１〜図３に示すように、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部同士を加熱した状態で、下型１４と上型１６の間で加圧して接合することで、図４に示す繊維強化樹脂接合体１８を得る。この際、接合用部材４０を介して、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部同士を接合する。

そこで、先ず、第１複合部材１０及び第２複合部材１２と、接合用部材４０とについて説明する。第１複合部材１０及び第２複合部材１２のそれぞれは、第１熱可塑性樹脂２０に、繊維長Ｌａの第１不連続繊維２２を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）から構成される。

第１熱可塑性樹脂２０は、熱可塑性を示すものであれば特に限定されるものではない。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の種々の熱可塑性樹脂から、用途に応じて適宜選択することができる。

第１不連続繊維２２としては、耐熱性や強度、剛性等の観点から、炭素繊維を好適な例として挙げることができるが、ＦＲＴＰの強化繊維として用いることが可能なものであれば特に限定されるものではない。このような強化繊維としては、炭素繊維の他にも、ガラス繊維、金属繊維、セラミックス繊維、天然繊維、アラミド繊維等が挙げられる。

第１不連続繊維２２の繊維長Ｌａは、後述する第２不連続繊維２４と絡み合うことが可能であり、且つ溶融した第１熱可塑性樹脂２０の流動に伴って、該第１熱可塑性樹脂２０中を移動することが可能な長さに設定される。このような繊維長Ｌａとしては、例えば５〜３０ｍｍ程度とすることができる。

接合用部材４０は、第２熱可塑性樹脂３８に、繊維長Ｌｂの第２不連続繊維２４を含浸させたＦＲＴＰから構成される。第２熱可塑性樹脂３８及び第２不連続繊維２４のそれぞれは、第１熱可塑性樹脂２０及び第１不連続繊維２２と同様の材料が採用され、繊維長Ｌｂは、上記の繊維長Ｌａと同程度の長さに設定されることが好ましい。すなわち、接合用部材４０と、第１複合部材１０及び第２複合部材１２とは同様に構成されることが好ましい。これによって、後述するように、接合用部材４０と、第１複合部材１０及び第２複合部材１２とを効果的に混合することができるため、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合強度を一層良好に高めることが可能になる。

上記に関わらず、第２熱可塑性樹脂３８は、熱可塑性を示すものであれば特に限定されるものではなく、第２不連続繊維２４は、ＦＲＴＰの強化繊維として用いることが可能なものであれば特に限定されるものではない。繊維長Ｌｂは、第１不連続繊維２２と絡み合うことが可能であり、且つ溶融した第２熱可塑性樹脂３８の流動に伴って、該第２熱可塑性樹脂３８中を移動することが可能な長さであればよく、例えば５〜３０ｍｍに設定することができる。

次に、下型１４及び上型１６を備える成形装置２６について説明する。成形装置２６は、下型１４及び上型１６からなる金型と、上型１６を駆動する駆動装置（不図示）と、第１加熱手段〜第３加熱手段（何れも不図示）とを備えている。

固定型である下型１４に対して、可動型である上型１６が上記の駆動装置に駆動されて接近する。このようにして、金型を閉じると、下型１４及び上型１６の各々のキャビティ形成面２８、３０同士の間に、繊維強化樹脂接合体１８の所望の形状に応じたキャビティ３２（図３参照）が形成される。

下型１４は、第１加熱手段によって加熱される。また、上型１６は、第３加熱手段によって加熱される。すなわち、下型１４及び上型１６のそれぞれには、上記の第１加熱手段及び第３加熱手段として、例えば、制御回路に対して電気的に接続されたロッドヒータ（何れも不図示）等が埋設されている。これによって、下型１４及び上型１６の所望の範囲を選択的に加熱して成形温度とすることができる。図１〜図３の例示では、下型１４及び上型１６のうち加熱範囲３４、３６をそれぞれ選択的に加熱して成形温度とする。

第２加熱手段は、接合用部材４０を加熱して成形温度とするものであり、上記の制御回路に対して電気的に接続された任意のヒータを採用することができる。すなわち、第１加熱手段〜第３加熱手段は、上記の制御回路の制御によって、互いに関連して動作することが可能となっている。なお、成形温度は、第１熱可塑性樹脂２０や第２熱可塑性樹脂３８等の種類や形状等に応じて適宜設定されればよい。

基本的には以上のように構成される成形装置２６を用いて、繊維強化樹脂接合体１８を製造する製造方法について説明する。

先ず、下型１４のキャビティ形成面２８上に、第１複合部材１０及び第２複合部材１２を載置する。この際、第１複合部材１０の接合端部の端面１０ａと、第２複合部材１２の接合端部の端面１２ａとを対向させ、互いの間を第１長さＬ１で離間させる。この第１長さＬ１は、上記の繊維長Ｌｂの１／２以上に設定される。

そして、第１加熱手段によって、下型１４の加熱範囲３４を加熱して成形温度とする。これによって、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の端面１０ａ、１２ａから各々の内部に向かって第２長さＬ２に至るまでの範囲の第１熱可塑性樹脂２０を溶融する。すなわち、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部のそれぞれに、第２長さＬ２の溶融部分１０ｂ、１２ｂを形成する。この第２長さＬ２は、第１不連続繊維２２の繊維長Ｌａ以上となるように設定される。なお、このように第２長さＬ２を設定するためには、上記の第１加熱手段及び第３加熱手段によって、加熱範囲３４、３６の位置や大きさ等をそれぞれ調整すればよい。

また、上記の通り、第１加熱手段によって接合端部を加熱して溶融部分１０ｂ、１２ｂを形成することと並行して、第２加熱手段によって接合用部材４０を加熱して第２熱可塑性樹脂３８を溶融（軟化）させる。

以上のようにして加熱工程を行った後、図１に示すように、第１複合部材１０及び第２複合部材１２と、接合用部材４０とから重畳体４２を形成する重畳工程を行う。具体的には、下型１４のキャビティ形成面２８上に載置され、溶融した第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部同士に跨るように、溶融した接合用部材４０を配置することで、重畳体４２を形成する。この重畳体４２では、接合端部に対して接合用部材４０を重ね合わせる際の重ね合わせ長さＬｗが、接合用部材４０の厚さｔ以上であり且つ第２長さＬ２の１／２以下となるように設定する。

次に、図２及び図３に示すように、キャビティ形成面２８上に重畳体４２が載置された下型１４に上型１６を接近させて、該重畳体４２に重畳方向の両側から加圧力を付与する加圧工程を行う。この際、下型１４及び上型１６の加熱範囲３４、３６のそれぞれは、第１加熱手段及び第３加熱手段によって加熱され成形温度に維持されている。このため、溶融部分１０ｂ、１２ｂ及び接合用部材４０の溶融状態を維持しつつ、重畳体４２に対して、金型による加圧力が付与される。この際、重畳体４２のうち、加熱範囲３４、３６を除くキャビティ形成面２８、３０に接触する部分は、非溶融部分１０ｃ、１２ｃとなる。

これによって、溶融部分１０ｂ、１２ｂと接合用部材４０を互いに混合しつつ、接合端部の端面１０ａ、１２ａ同士の間の空間を満たすように流動させることができる。その結果、接合端部同士の間に、溶融部分１０ｂ、１２ｂと接合用部材４０とが混合されてなる混合部位４４を形成することができる。この混合部位４４は、上記の通り加圧力が付与された重畳体４２が均されることで形成される。従って、混合部位４４の厚さは、第１複合部材１０及び第２複合部材１２自体の厚さと略一致する。

上記のようにして溶融部分１０ｂ、１２ｂ及び接合用部材４０を流動させることで、溶融した第１熱可塑性樹脂２０及び第２熱可塑性樹脂３８中の第１不連続繊維２２及び第２不連続繊維２４も移動させることができる。このように接合用部材４０の流動に伴って、端面１０ａ、１２ａ同士の間に第２不連続繊維２４を移動させても、上記の通り第１長さＬ１が繊維長Ｌｂの１／２以上に設定されているため、該第２不連続繊維２４が過度に変形することを抑制できる。従って、端面１０ａ、１２ａ同士の間に、第２不連続繊維２４を効果的に進入させて、該第２不連続繊維２４と第１不連続繊維２２とを良好に絡み合わせることができる。

また、第２長さＬ２を上記の通り設定しているため、溶融部分１０ｂ、１２ｂが、第１不連続繊維２２の繊維長Ｌａに対して十分に大きくなっている。これによって、溶融部分１０ｂ、１２ｂ中に含まれる第１不連続繊維２２のうち、非溶融部分１０ｃ、１２ｃにも含まれることで拘束を受け、移動が規制された状態にあるものの割合を効果的に低下させることができる。すなわち、第１不連続繊維２２を良好に移動させて、第２不連続繊維２４と効果的に絡み合わせることができる。

従って、第１長さＬ１及び第２長さＬ２を上記のように設定することによって、効果的に絡み合った第１不連続繊維２２及び第２不連続繊維２４を略均等に含む混合部位４４を得ることが可能になる。

さらに、重ね合わせ長さＬｗを接合用部材４０の厚さｔ以上としているため、重畳体４２中の接合用部材４０と接合端部の接触面積を十分に確保することができる。すなわち、加圧工程において、重畳体４２に加圧力を付与することで、接合用部材４０と接合端部とを流動させつつ良好に混合して、第１不連続繊維２２と第２不連続繊維２４とが効果的に絡み合わせることが可能になる。

また、溶融部分１０ｂ、１２ｂと非溶融部分１０ｃ、１２ｃとの境界付近では、他の溶融部分１０ｂ、１２ｂに比して、非溶融部分１０ｃ、１２ｃに拘束されることで流動が規制されている第１不連続繊維２２の割合が増大する傾向にある。このため、上記の境界付近に、接合用部材４０を重畳して加圧力を付与しても、第１不連続繊維２２の移動が生じ難く、第２不連続繊維２４と良好に絡み合うことが容易ではない。そこで、本実施形態に係る製造方法では、重ね合わせ長さＬｗを第２長さの１／２以下としている。これによって、接合用部材４０の両端部と、上記の境界付近との距離を十分に大きくすることができ、第１不連続繊維２２と第２不連続繊維２４を効果的に絡み合わせることが可能になる。

すなわち、重ね合わせ長さＬｗを上記の範囲とすることで、効果的に絡み合った第１不連続繊維２２及び第２不連続繊維２４を略均等に含む混合部位４４を得ることが可能になる。

次に、上記の第１加熱手段及び第３加熱手段による加熱を終了し、キャビティ３２内を冷却する固化工程を行う。このようにして混合部位４４を冷却固化させた後、下型１４及び上型１６を開いて、離型を行うことで、図４に示す繊維強化樹脂接合体１８を得ることができる。この繊維強化樹脂接合体１８は、第１複合部材１０と第２複合部材１２が混合部位４４を介して接合されている。すなわち、混合部位４４を第１複合部材１０と第２複合部材１２の接合部とすることができる。これによって、本実施形態に係る製造方法では、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合強度が効果的に高められ、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体１８を得ることができる。

また、上記の通り、混合部位４４の厚さが、第１複合部材１０及び第２複合部材１２自体の厚さと略一致するため、接合端部同士の接合部を段部とすることなく繊維強化樹脂接合体１８を得ることができる。その結果、繊維強化樹脂接合体１８の美観意匠性や、空力特性等が低下することを効果的に抑制できる。さらに、接合部の厚さが増大することを回避できるため、所望の形状の繊維強化樹脂接合体１８を得ることや、十分に軽量化された繊維強化樹脂接合体１８を得ることが容易になる。

＜＜第２実施形態＞＞
本発明の第２実施形態に係る製造方法について、図１〜図４を参照しつつ説明する。第２実施形態に係る製造方法では、溶融させる前の第１複合部材１０、第２複合部材１２、接合用部材４０のそれぞれを重畳して重畳体４２を形成する。そして、この重畳体４２を下型１４と上型１６の間で加熱して溶融させる点で、第１実施形態に係る製造方法と相違する。この点を除いては、第１実施形態に係る製造方法と同様に、成形装置２６を用いて、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部同士を、接合用部材４０を介して接合し、繊維強化樹脂接合体１８を得ることができる。

すなわち、第２実施形態に係る製造方法では、先ず、図１に示すように、第１複合部材１０及び第２複合部材１２と、接合用部材４０とから重畳体４２を形成する重畳工程を行う。具体的には、下型１４のキャビティ形成面２８上に、第１複合部材１０及び第２複合部材１２を載置する。この際、第１複合部材１０の接合端部の端面１０ａと、第２複合部材１２の接合端部の端面１２ａとを対向させ、互いの間を第１長さＬ１で離間させる。

次に、接合端部同士に跨るように接合用部材４０を配置することで、重畳体４２を形成する。この際、接合端部に対する接合用部材４０の重ね合わせ長さＬｗを、接合用部材４０の厚さｔ以上であり且つ第２長さＬ２の１／２以下となるように設定する。

次に、図２に示すように、下型１４及び上型１６で重畳体４２を挟持して加熱する加熱工程を行う。この加熱工程では、接合用部材４０の第２熱可塑性樹脂３８を溶融するとともに、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部のそれぞれに第２長さＬ２の溶融部分１０ｂ、１２ｂを形成するように第１熱可塑性樹脂２０を溶融する。

つまり、第２実施形態に係る製造方法では、第１加熱手段及び第２加熱手段によって、下型１４及び上型１６の加熱範囲３４、３６をそれぞれ成形温度とすることで、接合用部材４０を含む重畳体４２の所定の範囲を溶融させる。従って、上記の第３加熱手段を用いて、接合用部材４０を加熱して溶融させる必要がない。

次に、上記のように溶融させた重畳体４２に、重畳方向の両側から加圧力を付与するべく、図３に示すように、下型１４及び上型１６をさらに接近させて、型締めする。これによって、溶融部分１０ｂ、１２ｂと接合用部材４０を互いに混合しつつ、接合端部の端面１０ａ、１２ａ同士の間の空間を満たすように流動させることができる。その結果、接合端部同士の間に、溶融部分１０ｂ、１２ｂと接合用部材４０とが混合されてなる混合部位４４を形成することができる。

以降は、第１実施形態に係る製造方法と同様の工程を経て、図４に示す繊維強化樹脂接合体１８を得ることができる。

以上から、第２実施形態に係る製造方法においても、上記の第１実施形態に係る製造方法と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合強度を効果的に高めることができ、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体１８を容易に得ることが可能になる。また、混合部位４４の厚さが、第１複合部材１０及び第２複合部材１２自体の厚さと略一致するため、接合端部同士の接合部を段部とすることなく繊維強化樹脂接合体１８を得ることができる。その結果、繊維強化樹脂接合体１８の美観意匠性や、空力特性等が低下することを効果的に抑制できる。また、接合部の厚さが増大することを回避できるため、所望の形状の繊維強化樹脂接合体１８を得ることや、十分に軽量化された繊維強化樹脂接合体１８を得ることが容易になる。

＜＜第３実施形態＞＞
次に、主に図５を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る製造方法について説明する。なお、図５に示す構成要素のうち、図１〜図４に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

第３実施形態に係る製造方法は、重畳工程において重畳体４２に代えて重畳体４６を形成する以外は、第１実施形態又は第２実施形態に係る製造方法と同様にして行うことができる。重畳体４６は、接合用部材４０に代えて接合用部材４８を備える以外、上記の重畳体４２と同様に構成される。

すなわち、第３実施形態に係る重畳工程では、端面１０ａ、１２ａを第１長さＬ１離間させて対向配置した第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部同士に跨るように接合用部材４８を配置して重畳体４６を形成する。この接合用部材４８は、上記の接合用部材４０と同様に第２熱可塑性樹脂３８に、第２不連続繊維２４を含浸させたＦＲＴＰから構成される。また、接合用部材４８は、第１複合部材１０及び第２複合部材１２に臨む側の面から突出して、端面１０ａ、１２ａ同士の間に介在する凸部４８ａを有している。なお、この接合用部材４８の厚さｔには、凸部４８ａの突出長さは含まれない。

この重畳体４６に対して、上記の通り加圧工程を行うと、凸部４８ａが端面１０ａ、１２ａ同士の間に介在している分、溶融部分１０ｂ、１２ｂと接合用部材４８とを一層良好に混合することができる。従って、効果的に絡み合った第１不連続繊維２２及び第２不連続繊維２４を略均等に含む混合部位４４を容易に形成することができる。その結果、接合端部同士の接合強度を一層効果的に高め、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体１８を得ることが可能になる。

＜＜第４実施形態＞＞
次に、主に図６を参照しつつ、本発明の第４実施形態に係る製造方法について説明する。なお、図６に示す構成要素のうち、図１〜図５に示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

第４実施形態に係る製造方法は、重畳工程において重畳体４２に代えて、重畳体５０を形成する以外は、第１実施形態又は第２実施形態に係る製造方法と同様にして行うことができる。重畳体５０は、接合用部材４０に代えて、接合用部材５２を備える以外、上記の重畳体４２と同様に構成される。

接合用部材５２は、上記の接合用部材４０と同様に第２熱可塑性樹脂３８に、第２不連続繊維２４を含浸させたＦＲＴＰからなる第１接合用部材５４と第２接合用部材５６とから構成される。第１接合用部材５４及び第２接合用部材５６の合計体積ｄである接合用部材５２の体積は、端面１０ａの端面１２ａと対向する部位の面積と第１長さＬ１との積で表される体積と略一致するように設定されている。すなわち、接合用部材５２の体積は、端面１０ａ、１２ａ同士の間の空間と略同等の体積となるように設定されている。

なお、端面１０ａのうち、端面１２ａと対向する部位の面積と、端面１２ａのうち、端面１０ａと対向する部位の面積とは略一致している。

また、第１接合用部材５４の厚さｔ１及び第２接合用部材５６の厚さｔ２の合計厚さを、接合用部材５２の厚さｔとする。また、接合端部に対して第１接合用部材５４及び第２接合用部材５６のそれぞれを重ね合わせ長さＬｗとなるように重ね合わせて重畳体５０を形成する。すなわち、重畳体５０においても、重ね合わせ長さＬｗが、接合用部材５２の厚さｔ以上であり且つ第２長さＬ２の１／２以下となるように設定されている。

第４実施形態に係る重畳工程では、重畳体５０の重畳方向の一端側に第１接合用部材５４が配置され、且つ他端側に第２接合用部材５６が配置されるように重畳体５０を形成する。この重畳体５０に対して、上記の通り加圧工程を行うことで、端面１０ａ、１２ａ同士の間に向かって、重畳体５０の重畳方向の両側から、第１接合用部材５４及び第２接合用部材５６が流動して混合部位４４が形成される。従って、溶融部分１０ｂ、１２ｂと接合用部材５２が一層良好に混合され、相互に絡み合った第１不連続繊維２２及び第２不連続繊維２４が上記の重畳方向に対しても略均等に含まれる混合部位４４を得ることができる。これによって、接合端部同士の接合強度を一層効果的に高め、機械的性質に優れた繊維強化樹脂接合体１８を得ることが可能になる。

なお、本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。

例えば、上記の第１〜第４実施形態では、重ね合わせ長さＬｗを、接合用部材４０、４８、５０の厚さｔ以上であり且つ第２長さＬ２の１／２以下となるように設定したが、特にこれに限定されるものではない。重ね合わせ長さＬｗは、接合用部材４０、４８、５２と、溶融部分１０ｂ、１２ｂとの混合部位４４を介して、第１複合部材１０及び第２複合部材１２の接合端部同士を良好に接合できる範囲内であればよい。

１０…第１複合部材１２…第２複合部材
１０ａ、１２ａ…端面１０ｂ、１２ｂ…溶融部分
１０ｃ、１２ｃ…非溶融部分１４…下型
１６…上型１８…繊維強化樹脂接合体
２０…第１熱可塑性樹脂２２…第１不連続繊維
２４…第２不連続繊維２６…成形装置
２８、３０…キャビティ形成面３２…キャビティ
３４、３６…加熱範囲３８…第２熱可塑性樹脂
４０、４８、５２…接合用部材４２、４６、５０…重畳体
４４…混合部位４８ａ…凸部
５４…第１接合用部材５６…第２接合用部材

Claims

第１熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌａの第１不連続繊維を含んで構成される第１複合部材及び第２複合部材の接合端部同士を加熱した状態で下型と上型の間で加圧して接合することで、繊維強化樹脂接合体を得る繊維強化樹脂接合体の製造方法であって、
前記下型に前記接合端部同士の互いの端面が第１長さで離間して対向するように前記第１複合部材及び前記第２複合部材を配置し、第１加熱手段を用いて前記下型を加熱することで前記第１複合部材及び前記第２複合部材の前記端面から各々の内部に向かって第２長さに至るまでの範囲を溶融させることと並行して、第２熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌｂの第２不連続繊維を含んで構成される接合用部材を第２加熱手段を用いて加熱して溶融させる加熱工程と、
溶融した前記接合端部同士に跨るように、溶融した前記接合用部材を配置して重畳体を形成する重畳工程と、
前記下型と前記上型を接近させて前記重畳体を加圧することで、前記接合端部の溶融部分及び前記接合用部材を、前記接合端部同士の互いの前記端面の間に向かって流動させ、互いに混合する加圧工程と、
前記接合端部と前記接合用部材が混合された混合部位を冷却固化させることで、前記第１複合部材及び前記第２複合部材が前記混合部位を介して接合された繊維強化樹脂接合体を得る固化工程と、を有し、
前記第１長さが、前記繊維長Ｌｂの１／２以上となり、且つ前記第２長さが前記繊維長Ｌａ以上となるように設定することを特徴とする繊維強化樹脂接合体の製造方法。
第１熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌａの第１不連続繊維を含んで構成される第１複合部材及び第２複合部材の接合端部同士を、下型と上型の間で加熱及び加圧して接合することで、繊維強化樹脂接合体を得る繊維強化樹脂接合体の製造方法であって、
前記接合端部同士の互いの端面が第１長さで離間して対向するように前記第１複合部材及び前記第２複合部材を配置し、且つ第２熱可塑性樹脂及び繊維長Ｌｂの第２不連続繊維を含んで構成される接合用部材を前記接合端部同士に跨るように配置して重畳体を形成する重畳工程と、
前記下型及び前記上型で前記重畳体を挟持して加熱することで、前記接合用部材を溶融させ、且つ前記第１複合部材及び前記第２複合部材の前記端面から各々の内部に向かって第２長さに至るまでの範囲を溶融させる加熱工程と、
前記上型と前記下型とをさらに接近させて前記重畳体を加圧することで、前記接合端部の溶融部分及び前記接合用部材を、前記接合端部同士の互いの前記端面の間に向かって流動させ、互いに混合する加圧工程と、
前記接合端部と前記接合用部材が混合された混合部位を冷却固化させることで、前記第１複合部材及び前記第２複合部材が前記混合部位を介して接合された繊維強化樹脂接合体を得る固化工程と、を有し、
前記第１長さが、前記繊維長Ｌｂの１／２以上となり、且つ前記第２長さが前記繊維長Ｌａ以上となるように設定することを特徴とする繊維強化樹脂接合体の製造方法。
請求項１又は２記載の繊維強化樹脂接合体の製造方法において、
前記重畳工程では、前記接合端部のそれぞれと前記接合用部材とを重ね合わせた部位の重ね合わせ長さが、それぞれ前記接合用部材の厚さ以上であり且つ前記第２長さの１／２以下となるように設定することを特徴とする繊維強化樹脂接合体の製造方法。
請求項１〜３の何れか１項に記載の繊維強化樹脂接合体の製造方法において、
前記接合用部材は、前記第１複合部材及び前記第２複合部材に臨む側の面から突出する凸部を有し、前記凸部を、前記接合端部同士の互いの前記端面の間に介在させるように前記重畳体を形成することを特徴とする繊維強化樹脂接合体の製造方法。
請求項１〜４の何れか１項に記載の繊維強化樹脂接合体の製造方法において、
前記接合用部材は、第１接合用部材と第２接合用部材から構成され、
前記第１接合用部材及び前記第２接合用部材の合計体積は、前記端面のうち、前記接合端部同士の互いの前記端面が互いに対向する部位の面積と、前記第１長さとの積で表される体積と略一致するように設定され、
前記重畳工程では、前記重畳体の重畳方向の一端側に前記第１接合用部材が配置され、且つ他端側に前記第２接合用部材が配置されるように前記重畳体を形成することを特徴とする繊維強化樹脂接合体の製造方法。