JP7293290B2 - 融着装置及び融着方法 - Google Patents

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Description

本開示は、融着装置及び融着方法に関する。
熱可塑性複合材とされた部材同士を接合する方法として、部材間に導電材を介在させて、その導電材を通電により発熱させることで熱可塑性樹脂を溶融させて部材同士を融着する方法がある（例えば特許文献１）。
米国特許出願公開第２０２０／００５５２９５号明細書
特許文献１が開示している構成において電極と部材とは隣接しているが、電極や部材には公差があり、電極が剛体で構成されている場合、部材の側方領域（電極と部材との間）には公差に起因した隙間が不可避的に発生する可能性がある。
このような隙間が発生してしまうと、例えば、部材に含まれる繊維のうねりや飛び出し、部材内部での気泡の発生が懸念される。
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、部材の側方領域に隙間が発生することを回避して、当該隙間に起因した部材の不具合の発生を抑制することができる融着装置及び融着方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示の融着装置及び融着方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係る融着装置は、第１方向に沿って配置された部材間に配置され通電により発熱する導電要素に電気を供給する電極と、前記部材のうちの一方とれた一の部材の前記第１方向と直交する第２方向における側方領域であって前記一の部材と前記電極との間の領域に配置され、弾性をもって前記一の部材に密着しつつ前記導電要素を前記第１方向に押圧する押圧要素と、を備えている。
また、本開示の一態様に係る融着方法は、第１方向に沿って配置された部材間に配置され通電により発熱する導電要素に電気を供給する電極と、前記部材のうちの一方とされた一の部材の前記第１方向と直交する第２方向における側方領域であって前記一の部材と前記電極との間の領域に配置され、弾性をもって前記一の部材に密着しつつ前記導電要素を前記第１方向に押圧する押圧要素と、を備えている融着装置を用いた融着方法であって、前記押圧要素を前記第１方向に沿って前記導電要素に押し付ける工程を含む。
本開示によれば、部材の側方領域に隙間が発生することを回避して、当該隙間に起因した部材の不具合の発生を抑制することができる。
本開示の第１実施形態に係る融着装置を示す図である（融着前）。 本開示の第１実施形態に係る融着装置を示す図である（融着時）。 押圧要素（導電性押圧要素）の変形の様子を示した図である。 本開示の第２実施形態に係る融着装置を示す図である（融着前）。 本開示の第２実施形態に係る融着装置を示す図である（融着時）。
［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及び融着方法について図面を参照して説明する。
図１に示すように、融着装置１０Ａは、第１加圧板１４と第２加圧板１５との間に第１部材２１及び第２部材２２（一の部材）を配置して、第１部材２１と第２部材２２との間に挟んだ導電要素２３に電極１１を用いて電気を流すことによって導電要素２３を発熱させて第１部材２１及び第２部材２２を融着する装置である。
第１部材２１及び第２部材２２は、熱可塑性樹脂を含有する繊維強化樹脂（例えば、ＣＦＲＰやＧＦＲＰ）とされている。
導電要素２３は、通電によって発熱するシート状の抵抗体であり、銅メッシュやＣＦＲＴＰプリプレグ等が例示される。
以下、融着装置１０Ａの詳細な構成について説明する。
融着装置１０Ａは、電極１１、押圧要素１２、第１加圧板１４及び第２加圧板１５を備えている。
第１加圧板１４及び第２加圧板１５は、第１部材２１、第２部材２２及び導電要素２３を挟み込んで加圧することができる部材である。
第１加圧板１４は融着装置１０Ａにおいて下部に位置して、第２加圧板１５は融着装置１０Ａにおいて上部に位置している。
第１加圧板１４及び第２加圧板１５は、例えば鋼材やセラミッスク製とされている。
第１加圧板１４の上面には、下方から順に、第１部材２１、導電要素２３及び第２部材２２が載置されている。第１部材２１、導電要素２３及び第２部材２２のうち最も上方に位置する第２部材２２は、第２加圧板１５の下面に接している。
電極１１は、導電要素２３に電気を流すための機器であり、図示しない電源から電力が供給される。電極１１は、融着時に導電要素２３に接触する。
電極１１は、第２部材２２の側方（同図の場合、第２部材２２の左右）、かつ、導電要素２３の上方の領域に配置されている。電極１１は、第２部材２２との間に隙間を設けて配置されている。
押圧要素１２は、弾性及び耐熱性を有する部材（例えば耐熱性ゴム）である。押圧要素１２は、融着時に第２部材２２の側面に密着する。詳細については、図２（融着時の融着装置１０Ａ）の説明の際に述べる。
ここでいう弾性とは、金属が有する弾性とは異なるものであり、ゴム弾性／エントロピー弾性のことである。
また、ここでいう耐熱性とは、少なくとも導電要素２３の発熱温度に耐え得る性質のことである。すなわち、熱可塑性樹脂の融点以上の温度環境に耐え得る性質でもある。
押圧要素１２は、第２部材２２と各電極１１との間の領域に配置されている。押圧要素１２は、第２部材２２との間に隙間を設けて配置されている。
押圧要素１２は、融着前の無負荷状態において、電極１１よりも縦方向（融着時に電極１１や押圧要素１２を押し付ける方向）に長い寸法を有している。
以上のように構成された融着装置１０Ａは、次のように使用される。
すなわち、図１に示すように、融着前には、第１加圧板１４の上面に第１部材２１、導電要素２３及び第２部材２２が載置された状態となる。
このとき、電極１１及び押圧要素１２が、第２部材２２の側方、かつ、導電要素２３の上方の領域に配置されている。
図２に示すように、融着時には、第２加圧板１５を第１加圧板１４側に向かって押し付けて加圧する。また、電極１１及び押圧要素１２を導電要素２３に押し付ける。
このとき、図３に示すように、押圧要素１２は、その弾性によって縦方向には圧縮されるが横方向には伸長する。このため、図２に示すように、押圧要素１２が第２部材２２の側面に弾性的に密着して、第２部材２２との間に設けられた隙間が完全になくなることになる。
ここで、図３に示す実線が変形前（無負荷状態／融着前）の押圧要素１２の形状であり、二点鎖線が変形後（負荷状態／融着時）の押圧要素１２の形状である。
なお、剛体とされた電極１１や弾性を有していない部材を第２部材２２の側面に押し付けたとしても、各部品／各部材の公差に起因したわずかな隙間を完全になくすことは困難である。
この状態で電極１１を用いて導電要素２３に電気を流して導電要素２３を発熱させ、第１部材２１及び第２部材２２に含まれた熱可塑性樹脂を溶融することで第１部材２１と第２部材２２とを融着する。
なお、導電要素２３は、融着完了時には、第１部材２１と第２部材２２とが一体化された部品に組み込まれて部品の一部になる。
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
電極１１と、第２部材２２の側方領域に配置され弾性をもって第２部材２２に密着しつつ導電要素２３を押圧する押圧要素１２と、を備えているので、導電要素２３の発熱を用いた融着において、第２部材２２の側方領域に隙間を生じさせることなく導電要素２３を押圧することができる。これにより、当該隙間に起因した不具合の発生を抑制することができる。
隙間に起因した不具合としては、第１部材２１及び第２部材２２が熱可塑性複合材であれば、第１部材２１及び第２部材２２に含まれる繊維のうねりや飛び出し、第１部材２１及び第２部材２２内部での気泡の発生等が例示される。繊維のうねりや飛び出し、気泡が発生することで、融着後の部品（製品）の品質が低下してしまう。
また、電極１１は、第２部材２２の側方領域に配置され、押圧要素１２は、電極１１と別体とされ、電極１１と第２部材２２との間に配置されているので、押圧要素１２を備えていない融着装置に押圧要素１２を追加するだけで、隙間に起因した不具合の発生を抑制可能な融着装置１０Ａを提供できる。
また、押圧要素１２は、導電要素２３に押し付けられることで押付方向と直交する方向に伸長することによって第２部材２２に密着するので、簡易な方法で押圧要素１２を第２部材２２に密着させることができる。
なお、第１実施形態において、電極１１を押圧要素１２側に押し込むことで第２部材２２に押圧要素１２を密着させてよい。
また、押圧要素１２に内圧を加えることで押圧要素１２を弾性変形させてもよい。
［第２実施形態］
以下、本開示の第２実施形態に係る融着装置について図面を参照して説明する。
なお、本実施形態の融着装置１０Ｂは、第１実施形態の融着装置１０Ａに対して電極１１及び押圧要素１２の形態が異なりそれ以外の構成については同様である。このため、第１実施形態の融着装置１０Ａと同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
図４に示すように、融着装置１０Ｂは、第１実施形態の融着装置１０Ａの電極１１及び押圧要素１２に替えて導電性押圧要素１３を備えている。
導電性押圧要素１３は、押圧要素１２に電極１１の機能を兼ねさせたものであり、弾性及び耐熱を有するとともに電極としても機能する。
導電性押圧要素１３の材料としては、導電性高分子が例示される。
図３及び図５に示すように、導電性押圧要素１３も、押圧要素１２と同様に、導電要素２３に押し付けることで縦方向に圧縮され横方向に伸長する。このため、導電性押圧要素１３が第２部材２２の側面に弾性的に密着して、第２部材２２との間に設けられたわずかな隙間が完全になくなることになる。
本実施形態によれば、押圧要素１２と電極１１とを別体とした場合と比べて、融着装置１０Ｂを構成する部品点数を削減することができる。
以上の通り説明した各実施形態に係る融着装置及び融着方法は、例えば、以下のように把握される。
すなわち、本開示の一態様に係る融着装置（１０Ａ，１０Ｂ）は、部材（２１，２２）間に配置され通電により発熱する導電要素（２３）に電気を供給する電極（１１）と、前記部材のうちの一方とされた一の部材（２２）の側方領域に配置され弾性をもって前記一の部材に密着しつつ前記導電要素を押圧する押圧要素（１２，１３）と、を備えている。
本態様に係る融着装置によれば、部材間に配置され通電により発熱する導電要素に電気を供給する電極と、一の部材の側方領域に配置され弾性をもって一の部材に密着しつつ導電要素を押圧する押圧要素と、を備えているので、導電要素の発熱を用いた部材同士の融着において、一の部材の側方領域に隙間を生じさせることなく導電要素を押圧することができる。これにより、当該隙間に起因した不具合の発生を抑制することができる。
隙間に起因した不具合としては、部材が熱可塑性複合材であれば、部材に含まれる繊維のうねりや飛び出し、部材内部での気泡の発生等が例示される。
また、本開示の一態様に係る融着装置において、前記電極は、前記側方領域に配置され、前記押圧要素（１２）は、前記電極と別体とされ、前記電極と前記一の部材との間に配置されている。
本態様に係る融着装置によれば、電極は、側方領域に配置され、押圧要素は、電極と別体とされ、電極と一の部材との間に配置されているので、押圧要素を備えていない融着装置に押圧要素を追加するだけで、隙間に起因した不具合の発生を抑制可能な融着装置を提供できる。
また、本開示の一態様に係る融着装置において、前記押圧要素（１３）は、前記電極を兼ねている。
本態様に係る融着装置によれば、押圧要素は、前記電極を兼ねているので、押圧要素と電極とを別体とした場合と比べて、融着装置を構成する部品点数を削減することができる。
また、本開示の一態様に係る融着装置において、前記押圧要素は、前記導電要素に押し付けられることで押付方向と直交する方向に伸長することによって前記一の部材に密着する。
本態様に係る融着装置によれば、押圧要素は、導電要素に押し付けられることで押付方向と直交する方向に伸長することによって一の部材に密着するので、簡易な方法で押圧要素を部材に密着させることができる。
また、本開示の一態様に係る融着方法は、部材間に配置され通電により発熱する導電要素に電気を供給する電極と、前記部材のうちの一方とされた一の部材の側方領域に配置され弾性をもって前記一の部材に密着しつつ前記導電要素を押圧する押圧要素と、を備えている融着装置を用いた融着方法であって、前記押圧要素を前記導電要素に押し付ける工程を含む。
１０Ａ，１０Ｂ 融着装置
１１ 電極
１２ 押圧要素
１３ 導電性押圧要素
１４ 第１加圧板
１５ 第２加圧板
２１ 第１部材（部材）
２２ 第２部材（部材）
２３ 導電要素

Claims (5)

  1. 第１方向に沿って配置された部材間に配置され通電により発熱する導電要素に電気を供給する電極と、
    前記部材のうちの一方とされた一の部材の前記第１方向と直交する第２方向における側方領域であって前記一の部材と前記電極との間の領域に配置され、弾性をもって前記一の部材に密着しつつ前記導電要素を前記第１方向に押圧する押圧要素と、
    を備えている融着装置。
  2. 前記押圧要素は、前記電極と別体とされている請求項１に記載の融着装置。
  3. 前記押圧要素は、前記電極を兼ねている請求項１に記載の融着装置。
  4. 前記押圧要素は、前記第１方向に沿って前記導電要素に押し付けられることで前記第２方向に伸長することによって前記一の部材に密着する請求項１から３のいずれかに記載の融着装置。
  5. 第１方向に沿って配置された部材間に配置され通電により発熱する導電要素に電気を供給する電極と、
    前記部材のうちの一方とされた一の部材の前記第１方向と直交する第２方向における側方領域であって前記一の部材と前記電極との間の領域に配置され、弾性をもって前記一の部材に密着しつつ前記導電要素を前記第１方向に押圧する押圧要素と、
    を備えている融着装置を用いた融着方法であって、
    前記押圧要素を前記第１方向に沿って前記導電要素に押し付ける工程を含む融着方法。
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