JP7310337B2 - 接合方法及びその方法で接合される複合材料 - Google Patents

Description

本発明は、接合方法及びその方法で接合される複合材料に関する。

カーボンファイバとメタルファイバを含む補強部材を挟んだ状態で２つの金属部材を圧着し、複合材料を得る加工法が特許文献１に提案されている。この加工法から得られた複合材料は高い機械的強度を有している。そのため、例えば車両の構造部品は、この複合材料からプレス成形されることで高い機械的強度を得る。

特許第６１２４７４９号

一方、既に成形された部品に複合材料を接合することで、部品を補強したいという要請がある。しかし、補強部材によっては、高い機械的強度を有する一方で、熱に対して弱い材料がある。例えば、カーボンファイバは高強度で高弾性率を有するものの、２００～３００℃のとき、カーボン拡散が活性化され、機械的強度が劣る炭化物を生成する虞がある。特に、既に成形された部品に複合材料を接合する方法として溶接が行われる場合、カーボンファイバは上記炭化物を容易に生成してしまい、部品の強度向上に寄与し得ない。したがって、カーボンファイバを補強部材として有する複合材料を溶接する場合、熱がカーボンファイバに与えられることを防ぐ必要がある。

また、平坦な面を有さない、すなわち曲面だけを有する部品に複合材料を接合することで、部品を補強したいという要請がある。また、重量最適化のために、接合される複合材料はできる限り軽量であることが好ましい。そのため、接合される複合材料が容易に変形可能で、また軽量であるように、複合材料が有する厚みは１ｍｍ以下であることが好ましい。

そこで、本発明は、補強部材を挟んだ状態で部材を接合する方法、及びその方法で接合される複合材料を提供することを目的とする。この複合材料は、他の部品に容易に接合され、その部品の機械的強度などの材料特性を向上させる。

この目的を達成するために、請求項１に係る、第１の部材と第２の部材を接合させる方法は、
前記第１の部材と前記第２の部材が互いに接合される接合面をそれぞれ有し、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に複数の補強部材を配置し、
前記接合面の一部を囲むように複数の前記補強部材を配置することで、前記補強部材に囲まれる非補強領域を定め、
前記第１の部材に電磁力を与えて、前記第１の部材を付勢し、前記補強部材を挟んだ状態で前記第１の部材を前記第２の部材に衝突させることで複合材料を形成し、
前記複合材料が０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有し、
接合可能部位が前記非補強領域に形成されることを特徴とする。

また、請求項２に係る、第１の部材と第２の部材を接合させる方法は、
前記第１の部材と前記第２の部材は互いに接合される接合面をそれぞれ有し、
前記第１の部材と前記第２の部材との間に複数の補強部材を配置し、
前記接合面の一部を囲むように複数の前記補強部材を配置することで、前記補強部材に囲まれる非補強領域を定め、
前記第１の部材にレーザを照射して発生する気体の圧力が前記第１の部材を付勢し、前記補強部材を挟んだ状態で前記第１の部材を前記第２の部材に衝突させることで複合材料を形成し、
前記複合材料が０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有し、
接合可能部位が前記非補強領域に形成されることを特徴とする。

また、請求項３に係る実施形態の複合材料は、請求項１又は請求項２に記載の方法において形成される前記複合材料であって、
前記補強部材がカーボンファイバ又はガラスファイバを含んでおり、
前記補強部材が、長さが異なる長繊維部材と短繊維部材を有し、
複数の前記長繊維部材と前記短繊維部材が前記第１の部材と前記第２の部材の前記接合面の一部を囲むように配置され、
前記接合可能部位で他の部品に溶接されることを特徴とする。

さらに、請求項４に係る実施形態の複合材料は、請求項１又は請求項２に記載の方法において形成される前記複合材料であって、
前記補強部材がカーボンファイバ又はガラスファイバを含んでおり、
前記補強部材が、長さが異なる長繊維部材と短繊維部材を有し、
複数の前記長繊維部材と前記短繊維部材が前記第１の部材と前記第２の部材の前記接合面の一部を囲むように配置され、
前記接合可能部位で接着剤を用いて他の部品に接着されることを特徴とする。

請求項５に係る実施形態の複合材料は、
前記第１の部材と前記第２の部材が前記補強部材を封止することを特徴とする。

請求項６に係る実施形態の複合材料は、
前記複合材料が０．０１ｍｍから０．２ｍｍまでの厚みを有することを特徴とする。

請求項７に係る実施形態の複合材料は、
前記第１の部材が前記部品に接触して接合されるとき、
前記第１の部材と前記部品が同じ材質から構成されることを特徴とする。

請求項８に係る実施形態の複合材料は、
前記第２の部材が前記部品に接触して接合されるとき、
前記第２の部材と前記部品が同じ材質から構成されることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、補強部材を挟んだ状態で部材を電磁成形で衝突させて接合する方法を提供できる。この方法で接合された複合材料は、補強部材が存在しない接合可能部位を有する。そのため、複合材料は接合可能部位で他の部品に容易に接合され、機械的強度などの材料特性を向上させる。

本願の請求項２に記載の発明によれば、補強部材を挟んだ状態で、部材にレーザを照射し、レーザアブレーションを発生させることで部材を衝突させて接合する方法を提供できる。この方法で接合された複合材料は、補強部材が存在しない接合可能部位を有する。そのため、複合材料は接合可能部位で他の部品に容易に接合され、機械的強度などの材料特性を向上させる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、高い機械的強度と大きな弾性率を有する補強部材を備え、補強部材が存在しない接合可能部位で他の部品に容易に溶接され、機械的強度などの材料特性を向上させる複合材料を提供できる。

本願の請求項４に記載の発明によれば、高い機械的強度と大きな弾性率を有する補強部材を備え、補強部材が存在しない接合可能部位で他の部品に容易に接着され、機械的強度などの材料特性を向上させる複合材料を提供できる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、補強部材の端部が他の部品との間で電食を容易に生じないように構成される複合材料を提供できる。

本願の請求項６に記載の発明によれば、他の部品に容易に接合される複合材料を提供できる。

本願の請求項７に記載の発明によれば、複合材料の部材と他の部品との間で電食が容易に生じないように構成される、複合材料を提供できる。

本願の請求項８に記載の発明によれば、複合材料の部材と他の部品との間で電食が容易に生じないように構成される、複合材料を提供できる。

本発明の実施形態に係る、電磁成形で複合材料を得る場合の、電磁成形装置を示す概略図である。 電磁成形で複合材料を得る場合の、電磁力が第１の部材に与えられていないときの、第１の部材、第２の部材、及び補強部材の状態を示す概略図である。 電磁成形で複合材料を得る場合の、電磁力が第１の部材に与えられたときの、第１の部材、第２の部材、及び補強部材の状態を示す概略図である。 第１の部材と第２の部材が補強部材を挟んで接合することで成形される複合材料の平面図である。 複合材料を他の部品に接合する場合の、複合材料と他の部品の状態を示す概略図である。 他の実施形態に係る、爆発圧接で複合材料を得る場合の、爆発力が第１の部材に与えられていないときの、第１の部材、第２の部材、及び補強部材の状態を示す概略図である。 他の実施形態に係る、爆発圧接で複合材料を得る場合の、爆発力が第１の部材に与えられたときの、第１の部材、第２の部材、及び補強部材の状態を示す概略図である。 他の実施形態に係る、レーザアブレーションを発生させることで複合材料を得る場合の、第１の部材がレーザアブレーションに付勢されていないときの、第１の部材、第２の部材、及び補強部材の状態を示す概略図である。 他の実施形態に係る、レーザアブレーションを発生させることで複合材料を得る場合の、第１の部材がレーザアブレーションに付勢されたときの、第１の部材、第２の部材、及び補強部材の状態を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る接合方法の実施形態を、その接合方法から得られる複合材料と共に説明する。

［１：電磁成形］
図１は、本発明の実施形態に係る電磁成形装置１００の概略構成を示す。電磁成形装置１００は、導電性部材（第１の部材）を被接合部材（第２の部材）に接合する成形装置である。

［１．１：装置の概要］
図１に示すように、電磁成形装置１００は、概略、下部構造１０と、該下部構造１０の上に配置された上部構造１２を有する。

下部構造１０は、図１の手前側から奥側に向かって伸びる直方体形状の導体１４を備える。導体１４は、パルス発生回路１６に電気的に接続されている。パルス発生回路１６は、一般的な充放電回路からなり、直流電源１８、コンデンサ２０、及びスイッチ２２を含み、スイッチ２２を開閉することによって、コンデンサ２０に蓄えた電荷を導体１４に瞬間的に流すことができるように構成されている。

上部構造１２は、図１の手前側から奥側に向かって伸びる直方体形状の剛性の高い固定部２４を備える。また、上部構造１２は、固定部２４の下方に配置される、後述する被接合部材（第２の部材）２６が落下しないように、被接合部材２６の端部を支持する治具（例えばスペーサ）を有する（図示せず）。

［１．２：成形方法］
図１，２を参照して、上述の構成を有する電磁成形装置１００を用いた成形方法の一例を説明する。実際の成形にあたって、図の手前側から奥側に向かって伸びる板状の導電性部材（第１の部材）２８は、導体１４の上方に該導体１４との間に隙間をあけて設置される。

図１，２に示すように、補強部材３０は綱又は紐のような複数の長尺ストランド３２と、４つに分かれた複数の短尺ストランド３４Ａ～３４Ｄを備える。長尺ストランド３２は図の手前側から奥側に向かって配置され、導電性部材２８の上面の略中央部に載せられる。一方、短尺ストランド３４Ａ，３４Ｃは長尺ストランド３２よりも左側に配置される。短尺ストランド３４Ａは導電性部材２８の上面における図の手前側に載せられる。また、短尺ストランド３４Ｃは導電性部材２８の上面における図の奥側に載せられる。したがって、短尺ストランド３４Ａ，３４Ｃは長尺ストランド３２に沿って互いに離間するように長尺ストランド３２よりも左側に配置される。他方、短尺ストランド３４Ｂ，３４Ｄは長尺ストランド３２よりも右側に配置される。短尺ストランド３４Ｂは導電性部材２８の上面における図の手前側に載せられる。また、短尺ストランド３４Ｄは導電性部材２８の上面における図の奥側に載せられる。したがって、短尺ストランド３４Ｂ，３４Ｂは長尺ストランド３２に沿って互いに離間するように長尺ストランド３２よりも右側に配置される。

図１，２に示すように、被接合部材（第２の部材）２６は、図の手前側から奥側に向かって伸びる板状の部材で、固定部２４の下に配置される。実施形態では、被接合部材２６の幅は導電性部材２８の幅と同一又はほぼ同一である。したがって、被接合部材２６は、その全面が補強部材３０を挟んで導電性部材２８のほぼ全面に対向している。説明のために、被接合部材２６と補強部材３０は、それらの間に十分な隙間をあけて示されているが、実際の成形にあたって、被接合部材２６と補強部材３０との距離は両者の接合に最も適した値に設定される。

上述の状態で、導体１４に接続されるパルス発生回路１６は、約１０ｋＡ～約２００ｋＡ、パルス幅約１００μｓｅｃ以下のシングルパルスからなる、一点鎖線で示されるパルス電流４０を導体１４に印加する。

これにより、図１に示すように、一点鎖線で示される瞬間的な磁場４２が導体１４の周りに発生する。同時に、電磁誘導により、パルス電流４０と逆方向（図１における奥側から手前側に向かう方向）に、二点鎖線で示される誘導電流４４が、導電性部材２８の内部に流れる。その結果、二点鎖線で示される上方に向かう電磁力４６が、磁場４２と誘導電流４４に直交する方向に発生し、導電性部材２８が、上方の被接合部材２６に向けて飛翔するように瞬間的に付勢されて、この被接合部材２６に大きな力で衝突し、導電性部材２８と被接合部材２６が補強部材３０を挟んだ状態で接合する（図３参照）。導電性部材２８が被接合部材２６に衝突するときの衝撃は固定部２４に吸収される。

上述の方法で、導電性部材２８と被接合部材２６が補強部材３０を挟んだ状態で接合することで、複合材料５０が得られる。図４に示すように、複合材料５０の内部において、互いに離間している短尺ストランド３４Ａ，３４Ｃと長尺ストランド３２は、長尺ストランド３２よりも左側の略中央部を囲んでいる。他の補強部材が存在しないため、この略中央部は第１非補強領域５２として定められる。また、互いに離間している短尺ストランド３４Ｂ，３４Ｄと長尺ストランド３２は、長尺ストランド３２よりも右側の略中央部を囲んでいる。他の補強部材が存在しないため、この略中央部は第２非補強領域５４として定められる。一方、短尺ストランド３４Ｃ，３４Ｄと長尺ストランド３２よりも上側の領域も他の補強部材が存在しない。そのため、この領域は第３非補強領域５６として定められる。また、短尺ストランド３４Ａ，３４Ｂと長尺ストランド３２よりも下側の領域も他の補強部材が存在しない。そのため、この領域は第４非補強領域５８として定められる。

上述のように、補強部材は第１非補強領域５２、第２非補強領域５４、第３非補強領域５６及び第４非補強領域５８に存在しない。そのため、第１非補強領域５２、第２非補強領域５４、第３非補強領域５６及び第４非補強領域５８において、複合材料５０の一部が溶融するほどの熱が与えられる、すなわち溶接が行われるとしても、機械的強度（耐力（破壊強度）と剛性（変形強度、ヤング率）の両方を含む。）の低い化合物を生じる虞がほとんどない。したがって、第１非補強領域５２、第２非補強領域５４、第３非補強領域５６及び第４非補強領域５８は、他の部品への溶接が可能である第１溶接可能部位（接合可能部位）６２、第２溶接可能部位（接合可能部位）６４、第３溶接可能部位（接合可能部位）６６及び第４溶接可能部位（接合可能部位）６８をそれぞれ有する。

上述した実施形態において、例えば、導電性部材２８は、約０．５ｍｍの厚みを有する鉄のプレートで構成される。補強部材３０は、多数のカーボンファイバ（単繊維）を束ねた長繊維束の多数のフィラメントからなる約０．３ｍｍの径を有するトウを長尺ストランド３２及び短尺ストランド３４Ａ～３４Ｄとして、それぞれ複数並列配置して構成される。被接合部材２６は、約０．５ｍｍの厚みを有するアルミニウムのプレートで構成される。

パルス発生回路１６がパルス電流４０を導体１４に印加することで、鉄のプレートからなる約０．５ｍｍの厚みを有する導電性部材２８とアルミニウムのプレートからなる約０．５ｍｍの厚みを有する被接合部材２６が補強部材３０を挟んだ状態で接合し、約１ｍｍの厚みを有する複合材料５０が得られる。この場合、鉄のプレートからなる導電性部材２８とアルミニウムのプレートからなる被接合部材２６の接合界面には特徴的な波状模様７０が表れる（図３参照）。

上述した実施形態において、鉄のプレートからなる導電性部材２８とアルミニウムのプレートからなる被接合部材２６は約０．５ｍｍの厚みをそれぞれ有しているが、約０．１ｍｍの厚みをそれぞれ有してもよい。また、補強部材３０のトウは約０．０６ｍｍの径を有してもよい。この場合、約０．２ｍｍの厚みを有する複合材料６０が得られる。したがって、導電性部材２８と被接合部材２６が有する厚み、及び補強部材３０のトウが有する径を適宜調整することで、０．０１ｍｍ～１ｍｍの間、好ましくは０．１ｍｍ～１ｍｍの間で所望の厚みを有する複合材料６０が得られる。

上述した実施形態において、導電性部材２８は鉄から構成されているが、鉄以外の金属材料、例えば被接合部材２６と同じアルミニウムであってもよい。一方、被接合部材２６はアルミニウム以外の金属材料、例えば導電性部材２８と同じ鉄であってもよい。また、補強部材３０は、カーボンファイバ以外の繊維材料、例えばガラス繊維であってもよい。さらに、上述の方法で得られた複合材料５０を後述する他の部品に接合する場合、電食が容易に生じないように、導電性部材２８または被接合部材２６の材質は該部品と同一であることが好ましい。

上述した実施形態において、補強部材３０の長尺ストランド３２及び短尺ストランド３４Ａ～３４Ｄが複合材料５０の内部に封止され、長尺ストランド３２及び短尺ストランド３４Ａ～３４Ｄの端部が複合材料５０の外部に露出しないように構成されていることが好ましい。この場合、長尺ストランド３２及び短尺ストランド３４Ａ～３４Ｄの端部は他の部品に接触しないため、補強部材３０が他の部品との間で電食を容易に生じることがない。

［１．３：他の部品への接合］
上述の方法で成形された複合材料５０は、他の部品に溶接されることで該部品の機械的強度（耐力（破壊強度）と剛性（変形強度、ヤング率）の両方を含む。）などの材料特性を向上させる効果を有する。

例えば、図５は、複合材料５０を他の部品８０に溶接する状況を示す。この部品８０は、応力が集中しやすい曲面８２を有する。一方、複合材料５０は１ｍｍ以下の厚みを有しているため、曲面８２の形状に合わせて容易に変形し得る。したがって、複合材料５０は曲面８２の形状に合わせて予め変形することで、曲面８２と複合材料５０との間に隙間を生じることなく、部品８０に容易に溶接される。また、複合材料５０は上述の第１溶接可能部位６２、第２溶接可能部位６４、第３溶接可能部位６６及び第４溶接可能部位６８を有しているため、複合材料５０が有する材料特性をほとんど低下させることなく、部品８０に容易に溶接され得る。図５において、複合材料５０を部品８０に溶接する方法はスポット溶接又はレーザ溶接であってもよい。

上述した実施形態において、複合材料５０は他の部品８０に溶接されるが、接着剤、例えば熱硬化性接着剤を用いて接着されてもよい。この場合、複合材料５０は、第１溶接可能部位６２、第２溶接可能部位６４、第３溶接可能部位６６及び第４溶接可能部位６８と同じ形状及び位置を有する第１接合可能部位、第２接合可能部位、第３接合可能部位及び第４接合可能部位を備える。熱硬化性接着剤は、第１接合可能部位、第２接合可能部位、第３接合可能部位及び第４接合可能部位における、複合材料５０と曲面８２との間に塗布される。このとき、複合材料５０の上方から第１接合可能部位、第２接合可能部位、第３接合可能部位及び第４接合可能部位を加熱しながら、圧力を与えることにより、複合材料５０と部品８０は接着する。また、複合材料５０と部品８０を接着する接着剤は、他の接着剤、例えば感圧型接着剤（粘着剤）が用いられてもよい。

［２：爆発圧接］
図６は、他の実施形態に係る爆発圧接装置２００の概略構成を示す。爆発圧接装置２００は、飛翔部材（第１の部材）を被接合部材（第２の部材）に接合する成形装置である。

図６に示すように、爆発圧接装置２００は、概略、下部構造２１０と、該下部構造２１０の上に配置された上部構造２１２を有する。

下部構造２１０は、図６の手前側から奥側に向かって伸びる直方体形状の剛性の高い固定部２１４を備える。この固定部２１４は、該固定部２１４の上面に配置される後述する被接合部材（第２の部材）２１６の端部を固定する治具（例えばバイス）を有する（図示せず）。

上部構造２１２は、図６の手前側から奥側に向かって伸びる直方体形状の爆薬２１８を備える。この爆薬２１８は、該爆薬２１８の上面の左側に配置される電気雷管２２０を有する。この電気雷管２２０は起爆制御部２２２に接続され、起爆制御部２２２から伝わる電気信号を受信することで爆薬２１８を爆発させる構造を有する。また、上部構造２１２は、爆薬２１８の下面に配置される後述する飛翔部材（第１の部材）２２４の端部を支持する治具（例えばスペーサ）を有する（図示せず）。この飛翔部材２２４は、爆薬２１８が爆発した後、被接合部材２１６に向かって飛翔するように支持されている。

上述の構成を有する爆発圧接装置２００を用いて、図６の手前側から奥側に向かって伸びる板状の被接合部材（第２の部材）２１６は、固定部２１４の上面の略中央部に設置される。

図１に示す電磁成形の実施形態のように、補強部材２２６は綱又は紐のような複数の長尺ストランド２２８と、４つに分かれた複数の短尺ストランド２３０Ａ～２３０Ｄを備える。長尺ストランド２２８は図６の手前側から奥側に向かって配置され、被接合部材２１６の上面の略中央部に載せられる。一方、短尺ストランド２３０Ａ，２３０Ｃは長尺ストランド２２８よりも左側に配置される。図示しないが、図４に示す電磁成形の実施形態のように、短尺ストランド２３０Ａ，２３０Ｃは長尺ストランド２２８に沿って互いに離間するように配置される。他方、短尺ストランド２３０Ｂ，２３０Ｄは長尺ストランド２２８よりも右側に配置される。図示しないが、図４に示す電磁成形の実施形態のように、短尺ストランド２３０Ｂ，２３０Ｄは長尺ストランド２２８に沿って互いに離間するように配置される。

図６に示すように、飛翔部材（第１の部材）２２４は、図６の手前側から奥側に向かって伸びる板状の部材で、爆薬２１８の下方に配置される。実施形態では、被接合部材２１６の幅は飛翔部材２２４の幅と同一又はほぼ同一である。したがって、被接合部材２１６は、その全面が補強部材２２６を挟んで飛翔部材２２４のほぼ全面に対向している。説明のために、図６において飛翔部材２２４と補強部材２２６は、それらの間に十分な隙間をあけて示されているが、実際の成形にあたって、飛翔部材２２４と補強部材２２６との距離は両者の接合に最も適した値に設定される。

上述のように被接合部材２１６，飛翔部材２２４，及び補強部材２２６を配置した状態で起爆制御部２２２が電気信号を送信することで、電気雷管２２０は発火する。その結果、爆薬２１８は爆発し、発生した爆発力２３２が飛翔部材２２４を被接合部材２１６に向かって付勢する（図７参照）。飛翔部材２２４は被接合部材２１６に大きな力で衝突し、飛翔部材２２４と被接合部材２１６が補強部材２２６を挟んだ状態で接合し、複合材料２５０が得られる。飛翔部材２２４が被接合部材２１６に衝突するときの衝撃は固定部２１４に吸収される。

上述の方法で、飛翔部材２２４と被接合部材２１６が補強部材２２６を挟んだ状態で接合することで、複合材料２５０が得られる。図４に示す電磁成形の実施形態のように、複合材料２５０の内部において、補強部材が存在しない非補強領域が定められる（図示せず）。非補強領域は、他の部品への溶接が可能である溶接可能部位（接合可能部位）を有する。

上述の実施形態において、例えば、飛翔部材２２４は鉄のプレートで構成される。補強部材２２６は、多数のカーボンファイバ（単繊維）を束ねた長繊維束の多数のフィラメントからなるトウを長尺ストランド２２８及び短尺ストランド２３０Ａ～２３０Ｄとして、それぞれ複数並列配置して構成される。被接合部材２１６はアルミニウムのプレートで構成される。

したがって、上述の電磁成形と同様に、被接合部材２１６と飛翔部材２２４と補強部材２２６が有する厚み又は径を適宜調整することで、０．０１ｍｍ～１ｍｍの間、好ましくは０．１ｍｍ～１ｍｍの間で所望の厚みを有する複合材料２５０が得られる。

また、上述の電磁成形から得られる複合材料と同様に、複合材料２５０は他の部品の形状に合わせて予め変形することで、隙間を生じることなく、該部品に容易に溶接され得る。また、複合材料２５０は、溶接可能部位を有しているため、複合材料２５０が有する材料特性をほとんど低下させることなく、他の部品の機械的強度（耐力（破壊強度）と剛性（変形強度、ヤング率）の両方を含む。）などの材料特性を向上させる効果を有する。

［３：レーザアブレーションを発生させることによる接合］
図８は、他の実施形態に係るレーザ照射装置３００の概略構成を示す。レーザ照射装置３００は、レーザアブレーションを発生させることで、飛翔部材（第１の部材）を被接合部材（第２の部材）に接合する成形装置である。

図８に示すように、レーザ照射装置３００は、概略、下部構造３１０と、該下部構造３１０の上に配置された上部構造３１２を有する。

下部構造３１０は、図８の手前側から奥側に向かって伸びる直方体形状の剛性の高い固定部３１４を備える。この固定部３１４は、該固定部３１４の上面に配置される後述する被接合部材（第２の部材）３１６の端部を固定する治具（例えばバイス）を有する（図示せず）。

上部構造３１２はレーザ照射機３１８を有する。レーザ照射機３１８は、レーザ発振器３２０と、ミラー３２２と、レンズ３２４を有する。レーザ発振器３２０から出力されるレーザは、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、その他のレーザのいずれであってもよい。レーザ照射機３１８は、レーザ発振器３２０から発振されるレーザをミラー３２２を介してレンズ３２４から照射するように構成されている。また、上部構造３１２は、レーザ照射機３１８の下方に配置される後述する飛翔部材（第１の部材）３２６の端部を支持する治具（例えばスペーサ）を有する（図示せず）。この飛翔部材３２６は、レーザがレーザ照射機３１８から飛翔部材３２６の上面に照射されて、レーザアブレーションが飛翔部材３２６の上面で発生した後、被接合部材３１６に向かって飛翔するように支持されている。

上述の構成を有するレーザ照射装置３００を用いて、図８の手前側から奥側に向かって伸びる板状の被接合部材（第２の部材）３１６は、固定部３１４の上面の略中央部に設置される。

図１に示す電磁成形の実施形態のように、補強部材３２８は綱又は紐のような複数の長尺ストランド３３０と、４つに分かれた複数の短尺ストランド３３２Ａ～３３２Ｄを備える。長尺ストランド３３０は図８の手前側から奥側に向かって配置され、被接合部材３１６の上面の略中央部に載せられる。一方、短尺ストランド３３２Ａ，３３２Ｃは長尺ストランド３３０よりも左側に配置される。図示しないが、図４に示す電磁成形の実施形態のように、短尺ストランド３３２Ａ，３３２Ｃは長尺ストランド３３０に沿って互いに離間するように配置される。他方、短尺ストランド３３２Ｂ，３３２Ｄは長尺ストランド３３０よりも右側に配置される。図示しないが、図４に示す電磁成形の実施形態のように、短尺ストランド３３２Ｂ，３３２Ｄは長尺ストランド３３０に沿って互いに離間するように配置される。

図８に示すように、飛翔部材（第１の部材）３２６は、図８の手前側から奥側に向かって伸びる板状の部材で、レーザ照射機３１８の下方に配置される。実施形態では、被接合部材３１６の幅は飛翔部材３２６の幅と同一又はほぼ同一である。したがって、被接合部材３１６は、その全面が補強部材３２８を挟んで飛翔部材３２６のほぼ全面に対向している。説明のために、図８において飛翔部材３２６と補強部材３２８は、それらの間に十分な隙間をあけて示されているが、実際の成形にあたって、飛翔部材３２６と補強部材３２８との距離は両者の接合に最も適した値に設定される。

上述のように被接合部材３１６，飛翔部材３２６，及び補強部材３２８を配置した状態で、レーザ照射機３１８が飛翔部材３２６にレーザを照射することで、一点鎖線で示される、飛翔部材３２６の上面が蒸発し気体となって放出される現象（レーザアブレーション）が、レーザを照射された位置３３４周辺で発生する（図１０参照）。その結果、飛翔部材３２６は被接合部材３１６に向かって飛翔するように付勢される。飛翔部材３２６は被接合部材３１６に大きな力で衝突し、飛翔部材３２６と被接合部材３１６が補強部材３２８を挟んだ状態で接合し、複合材料３５０が得られる。飛翔部材３２６が被接合部材３１６に衝突するときの衝撃は固定部３１４に吸収される。

上述の方法で、飛翔部材３２６と被接合部材３１６が補強部材３２８を挟んだ状態で接合することで、複合材料３５０が得られる。図４に示す電磁成形の実施形態のように、複合材料３５０の内部において、補強部材が存在しない非補強領域が定められる（図示せず）。非補強領域は、他の部品への溶接が可能である溶接可能部位（接合可能部位）を有する。

上述の実施形態において、例えば、飛翔部材３２６は鉄のプレートで構成される。補強部材３２８は、多数のカーボンファイバ（単繊維）を束ねた長繊維束の多数のフィラメントからなるトウを長尺ストランド３３０及び短尺ストランド３３２Ａ～３３２Ｄとして、それぞれ複数並列配置して構成される。被接合部材３１６はアルミニウムのプレートで構成される。

したがって、上述の電磁成形と同様に、被接合部材３１６と飛翔部材３２６と補強部材３２８が有する厚み又は径を適宜調整することで、０．０１ｍｍ～１ｍｍの間、好ましくは０．１ｍｍ～１ｍｍの間で所望の厚みを有する複合材料３５０が得られる。

また、上述の電磁成形から得られる複合材料と同様に、複合材料３５０は他の部品の形状に合わせて予め変形することで、隙間を生じることなく、該部品に容易に溶接され得る。また、複合材料３５０は、溶接可能部位を有しているため、複合材料３５０が有する材料特性をほとんど低下させることなく、他の部品の機械的強度（耐力（破壊強度）と剛性（変形強度、ヤング率）の両方を含む。）などの材料特性を向上させる効果を有する。

２８，２２４，３２６：第１の部材（導電性部材、飛翔部材）
２６，２１６，３１６：第２の部材（被接合部材）
３０，２２６，３２８：補強部材
５２，５４，５６，５８：非補強領域
５０，２５０，３５０：複合材料
６２，６４，６６，６８：接合可能部位（溶接可能部位）

Claims (8)

1. 第１の部材と第２の部材を接合させる方法であって、
   前記第１の部材と前記第２の部材は互いに接合される接合面をそれぞれ有し、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に複数の補強部材を配置し、
   前記接合面の一部を囲むように複数の前記補強部材を配置することで、前記補強部材に囲まれる非補強領域を定め、
   前記第１の部材に電磁力を与えて、前記第１の部材を付勢し、前記補強部材を挟んだ状態で前記第１の部材を前記第２の部材に衝突させることで複合材料を形成し、
   前記複合材料が０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有し、
   接合可能部位が前記非補強領域に形成されることを特徴とする方法。
2. 第１の部材と第２の部材を接合させる方法であって、
   前記第１の部材と前記第２の部材は互いに接合される接合面をそれぞれ有し、
   前記第１の部材と前記第２の部材との間に複数の補強部材を配置し、
   前記接合面の一部を囲むように複数の前記補強部材を配置することで、前記補強部材に囲まれる非補強領域を定め、
   前記第１の部材にレーザを照射して発生する気体の圧力が前記第１の部材を付勢し、前記補強部材を挟んだ状態で前記第１の部材を前記第２の部材に衝突させることで複合材料を形成し、
   前記複合材料が０．０１ｍｍから１ｍｍまでの厚みを有し、
   接合可能部位が前記非補強領域に形成されることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の方法において形成される前記複合材料であって、
   前記補強部材がカーボンファイバ又はガラスファイバを含んでおり、
   前記補強部材が、長さが異なる長繊維部材と短繊維部材を有し、
   複数の前記長繊維部材と前記短繊維部材が前記第１の部材と前記第２の部材の前記接合面の一部を囲むように配置され、
   前記接合可能部位で他の部品に溶接されることを特徴とする複合材料。
4. 請求項１又は請求項２に記載の方法において形成される前記複合材料であって、
   前記補強部材がカーボンファイバ又はガラスファイバを含んでおり、
   前記補強部材が、長さが異なる長繊維部材と短繊維部材を有し、
   複数の前記長繊維部材と前記短繊維部材が前記第１の部材と前記第２の部材の前記接合面の一部を囲むように配置され、
   前記接合可能部位で接着剤を用いて他の部品に接着されることを特徴とする複合材料。
5. 前記第１の部材と前記第２の部材が前記補強部材を封止することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の複合材料。
6. 前記複合材料が０．０１ｍｍから０．２ｍｍまでの厚みを有することを特徴とする請求項３～５のいずれかに記載の複合材料。
7. 前記第１の部材が前記部品に接触して接合されるとき、
   前記第１の部材と前記部品が同じ材質から構成されることを特徴とする請求項３～６のいずれかに記載の複合材料。
8. 前記第２の部材が前記部品に接触して接合されるとき、
   前記第２の部材と前記部品が同じ材質から構成されることを特徴とする請求項３～７のいずれかに記載の複合材料。

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