JP7402741B2 - 融着方法及び接合体 - Google Patents
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Description
本開示は、融着方法及び接合体に関するものである。
従来、導電体粉末を混錬した熱可塑性樹脂フィルムを、合成樹脂成型体相互間に配置して、押圧力を加えてマイクロ波を照射することにより融着する融着方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、マイクロ波を用いる場合、融着する融着対象物を、マイクロ波の漏洩を防ぐために、チャンバ内に収容する必要がある。このとき、融着対象物が航空機に用いられる大型部品である場合、チャンバ内に融着対象物を収容することが困難である。また、マイクロ波の波長は長いことから、チャンバ内の乱反射により融着対象物への加熱を均一に行うことは困難である。
そこで、本開示は、熱可塑性樹脂を含む部材同士の融着を、開放空間において好適に行うことができる融着方法及び接合体を提供することを課題とする。
本開示の融着方法は、部材同士を融着する融着方法において、前記部材は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であり、前記部材同士の間に、前記部材よりも発熱効率が高い導電体粉末を含むサセプタを配置するステップと、前記サセプタを加熱して前記部材を溶融させ、溶融させた前記部材同士を押圧して、前記部材同士を融着するステップと、融着した前記部材同士である接合体を冷却するステップと、を備え、前記融着するステップでは、前記サセプタを誘電加熱または磁場加熱により加熱する。
本開示の接合体は、部材同士が接合された接合体であって、前記部材は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材、または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であり、対向して設けられる前記部材と、対向する前記部材同士の間に設けられ、前記部材よりも発熱効率が高い導電体粉末を含むサセプタと、を備える。
本開示によれば、熱可塑性樹脂を含む部材同士の融着を、開放空間において好適に行うことができる。
以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る融着方法及び接合体を模式的に示す図である。図１に示すように、実施形態１に係る融着方法は、部材１１同士を融着により接合して、接合体１０を形成する方法となっている。
図１は、実施形態１に係る融着方法及び接合体を模式的に示す図である。図１に示すように、実施形態１に係る融着方法は、部材１１同士を融着により接合して、接合体１０を形成する方法となっている。
（接合体）
融着方法により形成される接合体１０は、対向して設けられる２つの部材１１と、部材同士の間に設けられるサセプタ１２とを備える。
融着方法により形成される接合体１０は、対向して設けられる２つの部材１１と、部材同士の間に設けられるサセプタ１２とを備える。
部材１１は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材、または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材である。実施形態１では、対向する一方の部材１１を樹脂部材とし、対向する他方の部材１１を複合材としている。部材１１は、例えば、板状に形成されている。２つの部材１１は、その一部が重ね合わせられて融着される。
サセプタ１２は、２つの部材１１が重ね合わされる部位の融着面に設けられる。サセプタ１２は、例えば、部材よりも発熱効率が高い導電体粉末を含んでいる。発熱効率は、単位時間あたりに投入した所定の照射エネルギーに対して発熱する発熱量の割合である。具体的に、サセプタ１２は、誘電加熱または磁場加熱によって加熱されることから、発熱効率は、誘電加熱によって周期的に変化する電場を受けたときの発熱量、磁場加熱によって周期的に変化する磁場を受けたときの発熱量を対象としている。具体的に、サセプタ１２は、導電体粉末のみからなっている。導電体粉末としては、グラフェンが用いられる。なお、導電体粉末は、グラフェンに特に限定されず、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、金属ナノファイバー、金属ナノコイル等を適用してもよい。導電体粉末は、部材１１の融着面に分散させて付着させる。
なお、融着前のサセプタ１２としては、導電体粉末を混錬した樹脂フィルムであってもよい。樹脂フィルムとしては、部材１１と同じ熱可塑性樹脂をフィルム状に形成したものである。この樹脂フィルムは、予め部材１１の融着面に一体に設けていてもよい。また、融着前のサセプタ１２としては、導電体粉末を凝集させた塊（例えば、ペレット）であってもよい。
このように、接合体１０は、２つの部材１１が融着する融着面に、サセプタ１２としての導電体粉末を含むものとなっている。
（融着方法）
次に、図１を参照して、部材１１同士の融着方法について説明する。実施形態１の融着方法では、サセプタ１２を誘電加熱により加熱する融着方法となっている。誘電加熱は、誘電加熱装置２０を用いて行われる。
次に、図１を参照して、部材１１同士の融着方法について説明する。実施形態１の融着方法では、サセプタ１２を誘電加熱により加熱する融着方法となっている。誘電加熱は、誘電加熱装置２０を用いて行われる。
誘電加熱装置２０は、一対の電極２１と、一対の電極２１に接続される高周波発振器２２とを備える。一対の電極２１は、融着対象となる融着部位を挟み込むように、融着部位の両側に設けられる。一対の電極２１は、対向して設けられる。高周波発振器２２は、一対の電極２１に接続され、高周波となる電圧を印加する。このため、誘電加熱装置２０は、一対の電極間において電圧を周期的に変化させる。
融着方法では、部材１１同士の融着を行う場合、先ず、部材１１同士の間にサセプタ１２を配置するステップＳ１を実行する。ステップＳ１では、一方の部材１１の融着する部位に対して、導電体粉末を付着させる。この後、ステップＳ１では、他方の部材１１の融着する部位を、導電体粉末が付着した一方の部材１１の融着する部位に配置する。なお、ステップＳ１では、導電体粉末の部材１１への付着量を調整するために、導電体粉末が付着する面の表面粗度を調整してもよい。
次に、融着方法では、サセプタ１２を加熱して部材１１を溶融させ、溶融させた部材１１同士を押圧して、部材１１同士を融着するステップＳ２ａを実行する。ステップＳ２ａでは、誘電加熱装置２０を用いて、誘電加熱によりサセプタ１２を加熱することで、部材１１に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させる。なお、誘電加熱装置２０により一対の電極２１から照射される高周波の電磁波は、サセプタ１２が配置された融着部位に対して、ピンポイントで照射されることが好ましい。つまり、電極２１と融着部位とが重なり合う範囲が、同じ範囲となっている。また、ステップＳ２ａでは、誘電加熱装置２０によるサセプタ１２の加熱と共に、２つの部材１１を相対的に近づく方向に押圧することで、融着した２つの部材１１の融着部位同士を接合する。なお、サセプタ１２の加熱と、部材１１同士の押圧は、同時に行ってもよいし、サセプタ１２の加熱後に部材１１同士を押圧してもよく、部材１１の溶融時において部材１１同士を押圧すれば、特に限定されない。
なお、サセプタ１２が、部材１１の融着面に一体に設けた樹脂フィルムである場合、サセプタ１２を挟んで部材１１同士を重ね合わせ、サセプタ１２を加熱して部材１１同士を溶融し、溶融させた部材１１同士を押圧して、部材１１同士を融着させてもよい。
そして、融着方法では、融着した部材１１同士である接合体１０を冷却するステップＳ３を実行する。
［実施形態２］
次に、図２を参照して、実施形態２に係る融着方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図２は、実施形態２に係る融着方法及び接合体を模式的に示す図である。
次に、図２を参照して、実施形態２に係る融着方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図２は、実施形態２に係る融着方法及び接合体を模式的に示す図である。
実施形態２の融着方法は、ステップＳ２ａの誘電加熱に代えて、磁場加熱（誘導加熱）としている。磁場加熱は、磁場加熱装置３０を用いて行われる。
磁場加熱装置３０は、励磁コイルを有しており、励磁コイルによって磁場を発生させることにより、サセプタ１２を加熱している。このとき、励磁コイルに流れる電流は交流となっていることから、発生する磁場は、周期的に変化する磁場（交番磁界ともいう）となっている。
実施形態２の融着方法は、実施形態１のステップＳ１からステップＳ３まで、ほぼ同様となっており、ステップＳ２ｂにおける加熱が、誘電加熱装置２０を用いた誘電加熱から、磁場加熱装置３０を用いた磁場加熱に変更したものとなっている。
以上のように、実施形態に記載の融着方法及び接合体１０は、例えば、以下のように把握される。
第１の態様に係る融着方法は、部材１１同士を融着する融着方法において、前記部材１１は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であり、前記部材１１同士の間に、前記部材１１よりも発熱効率が高い導電体粉末を含むサセプタ１２を配置するステップＳ１と、前記サセプタ１２を加熱して前記部材１１を溶融させ、溶融させた前記部材１１同士を押圧して、前記部材１１同士を融着するステップＳ２ａ、Ｓ２ｂと、融着した前記部材１１同士である接合体１０を冷却するステップＳ３と、を備え、前記融着するステップＳ２ａ、Ｓ２ｂでは、前記サセプタ１２を誘電加熱または磁場加熱により加熱する。
この構成によれば、誘電加熱または磁場加熱により、導電体粉末を含むサセプタ１２を加熱することができる。このとき、誘電加熱では、一対の電極２１間において電場を変化させて（電磁波を発生させて）サセプタ１２を加熱すればよく、電磁波を放射させることがない。同様に、磁場加熱でも、磁場を変化させてサセプタ１２に渦電流を生じさせて加熱すればよく、磁場を放射させることがない。このため、例えば、航空機の大型部品であっても、従来のようにマイクロ波を照射するための閉鎖空間を設ける必要がないことから、熱可塑性樹脂を含む部材同士の融着を、開放空間において好適に行うことができる。
第２の態様として、前記サセプタ１２は、前記導電体粉末のみからなる。
この構成によれば、サセプタ１２を加熱することで、サセプタ１２により部材１１を直接的に加熱することができるため、サセプタ１２周りの熱可塑性樹脂を迅速に溶融させることができる。このため、サセプタ１２周りにおける熱影響の範囲が拡大することを軽減することができる。
第３の態様として、前記サセプタ１２は、前記導電体粉末を混錬した樹脂フィルムである。
この構成によれば、導電体粉末を樹脂フィルムに対して均一に分布させることができるため、サセプタ１２における均一な加熱を行うことができる。
第４の態様として、前記導電体粉末は、グラフェンである。
この構成によれば、発熱効率が高いグラフェンを適用することで、サセプタ１２をより迅速に加熱することができる。
第５の態様に係る接合体１０は、部材１１同士が接合された接合体１０であって、前記部材１１は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材、または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であり、対向して設けられる前記部材１１と、対向する前記部材１１同士の間に設けられ、前記部材１１よりも発熱効率が高い導電体粉末を含むサセプタ１２と、を備える。
この構成によれば、導電体粉末を含むサセプタ１２を用いて、熱可塑性樹脂を含む部材１１同士の融着が好適に行われた接合体１０を形成することができる。
１０ 接合体
１１ 部材
１２ サセプタ
２０ 誘電加熱装置
２１ 電極
２２ 高周波発振器
３０ 磁場加熱装置
１１ 部材
１２ サセプタ
２０ 誘電加熱装置
２１ 電極
２２ 高周波発振器
３０ 磁場加熱装置
Claims (4)
- 部材同士を融着する融着方法において、
前記部材は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であり、
前記部材同士の間に、前記部材よりも発熱効率が高い導電体粉末を含むサセプタを配置するステップと、
前記サセプタを加熱して前記部材を溶融させ、溶融させた前記部材同士を押圧して、前記部材同士を融着するステップと、
融着した前記部材同士である接合体を冷却するステップと、を備え、
前記導電体粉末は、グラフェンであり、
前記融着するステップでは、前記サセプタを誘電加熱または磁場加熱により加熱する融着方法。 - 前記サセプタは、前記導電体粉末のみからなる請求項１に記載の融着方法。
- 前記サセプタは、前記導電体粉末を混錬した樹脂フィルムである請求項１に記載の融着方法。
- 部材同士が接合された接合体であって、
前記部材は、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材、または熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であり、
対向して設けられる前記部材と、
対向する前記部材同士の間に設けられ、前記部材よりも発熱効率が高い導電体粉末を含むサセプタと、を備え、
前記導電体粉末は、グラフェンである接合体。
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