JPH08230045A - 熱可塑性溶接方法、融着部を生成する方法、および溶接された複合アセンブリ - Google Patents

熱可塑性溶接方法、融着部を生成する方法、および溶接された複合アセンブリ

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JPH08230045A
JPH08230045A JP7320071A JP32007195A JPH08230045A JP H08230045 A JPH08230045 A JP H08230045A JP 7320071 A JP7320071 A JP 7320071A JP 32007195 A JP32007195 A JP 32007195A JP H08230045 A JPH08230045 A JP H08230045A
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JP
Japan
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susceptor
parts
coil
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bond
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Withdrawn
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JP7320071A
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English (en)
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Todd R Peterson
トッド・アール・ピーターソン
Michael A Walker
マイケル・エイ・ウォーカー
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Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度に優れ一貫した品質を備え、連続または
ほぼ連続した融着部を接合線全体にわたって生成する改
良された熱可塑性溶接プロセスを提供する。 【解決手段】 溶接される２つの樹脂の部品の界面に誘
導コイル２６を通し、コイルが発生する交番磁界が、２
つの部品間の界面に位置決めされた多孔性のサセプタ２
４において渦電流を誘起する。圧力が加えられて２つの
部品を圧迫し、一方サセプタを誘導加熱することにより
２つの部品の接合面における樹脂の温度を軟化温度まで
上昇させ、そのため樹脂はサセプタの隙間を流れ２つの
部品を接合する。誘導加熱および加圧のパスは４回以上
繰返され、後のパスにおいて誘導コイルに与える電力を
増大し、加熱を増大させる。各パスごとに溶接の強度お
よび連続性は向上するが、約４回を超えると向上の度合
も減じられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】この発明は包括的に熱可塑性の融着部を
形成するための熱可塑性材料の誘導溶接に関し、特定的
には、接合線に位置決めされたサセプタの上を移動する
誘導コイルを用いて接合領域に誘導加熱を集中させる、
熱可塑性および／または熱硬化性複合アセンブリの溶接
に関する。
【０００２】
【発明の背景】宇宙空間複合構造に対する３つの主要な
接合技術は、機械的締結、接着、および溶接である。機
械的締結も接着も時間がかかり、コストの高い組立ステ
ップである。機械的締結には、費用のかかる孔の位置決
め、孔開け、および締結具の設置が必要である。接着に
は複雑な表面前処理および正確な取付けが必要である。
【０００３】対照的に、複合溶接は利用可能な接合工程
として有望である。その特徴は、最小の労力で表面前処
理をほとんど行なわずに、強度および信頼性が高く、繰
返し可能な熱可塑性複合材料部材の接合を速い生産速度
で行なうことができることである。誘導溶接工程の開発
に成功することにより、部品の数の減少、工程サイクル
時間の短縮、および複合またはその他の構造の現場での
修理を高速で行なうのが容易であることを含め、従来の
機械的締結方法よりもはるかに有利となる。
【０００４】接着と対比して、熱可塑性溶接は、接合部
の性能の向上（特に熱／湿潤および疲労）、ならびに周
囲の影響に長時間さらされた後でも接合強度をほとんど
または全く失わないこと、最小の表面前処理、および室
温での無限の保存寿命といった別の多大な利点を提供す
る。
【０００５】熱可塑性溶接は、溶接される２つの部品の
２つの接合する熱可塑性樹脂表面間に融着部を形成する
ためのプロセスである。融着部は、２つの部品の表面の
熱可塑性樹脂が融点または軟化点まで加熱され、この材
料が軟化温度よりも低温に冷却されている間にこの２つ
の面が接触しその接触を保つことにより生み出される。
【０００６】このプロセスは、小さな試験片に対し実験
室内で行なうときには簡素かつ容易に思われるが、飛行
機のウイングボックスといった大規模構造を製造するた
めに実際の工場で原寸大の部品において信頼性高くかつ
繰返し行なう場合には甚だしく困難になる。困難な点
は、全体構造を過熱して弛みを生じさせることなく接合
線に適量の熱を加えること、および複合部品の平面度に
おける通常の欠格や、軟化または溶融温度まで加熱する
間の熱可塑性樹脂の熱膨張や、圧力がかけられた場合に
熱可塑性樹脂が接合線から流れることや、冷却の間に接
合線において熱可塑性樹脂が収縮することにもかかわら
ず、加熱および冷却の間に接合線において２つの部品の
接合面を密に接着させることに成功することである。
【０００７】溶接される熱可塑性樹脂アセンブリにおけ
る接合線への熱を得るための１つの技術は、溶接される
２つの面の間に、「サセプタ」として知られる導電層ま
たは物を組入れて、抵抗加熱によりサセプタを加熱し、
このサセプタが接合線の熱源として機能し、接合される
複合材料部材の接合面の融着のために、接合線で熱可塑
性樹脂を溶融または軟化させることである。サセプタを
加熱するための電流は、たとえば米国特許番号第３，３
９５，２６１号および４，９７８，８２５号において教
示される、誘導的に発生する渦電流という形であること
が可能であり、または米国特許番号第５，３１３，０３
４号に示されるタブのようなものを通してサセプタを直
接導電させることが可能である。誘導加熱溶接プロセス
において使用する上で特に効果的なあるサセプタは、米
国特許出願番号第０８／０６８，５２０号で開示され
る。
【０００８】溶接される熱可塑性樹脂アセンブリにおけ
る接合線の加熱を最適化するためのインダクタおよびサ
セプタシステムを開発するに当たって、非常な努力が行
なわれている。誘導コイル構造および適合するサセプタ
が現在開発されており、接合線の加熱の適切な制御およ
び均一性をもたらしているが、大規模宇宙空間品質構造
を生産環境において製造する際に事実上実用性がある点
までこのプロセスを完成させるには大きな障害が残って
おり、それは、接合面での材料が、適切な接合を形成す
るのに必要な時間適切な温度範囲で維持され、接合され
る状態において溶融または軟化した材料が硬化する間に
密接な接触が維持されるように、溶接される２つの部品
の接合面の表面接触の制御および熱適用のタイミング、
量、スケジュールの制御を扱うプロセスという局面であ
る。
【０００９】ウイングスパーおよびリブ、ならびにスパ
ーおよびリブに接合されるウイングスキンといった大規
模な部品は典型的に、現在では２０−３０フィートのオ
ーダの長さであり、フルスケールでの商業用生産に対し
てこのプロセスが完了するときには潜在的に何百フィー
トの長さになる可能性がある。この大きさの部品は完全
に平らな形で製造するのが非常に困難である。むしろ、
典型的な部品は、主要な長さの方向における大規模な波
打ち、縦軸の周りの捩じれ、「Ｉ」ビームフランジの中
低反りまたは弛み、およびでこぼこや凹みといった小規
模の表面欠格を含め、表面の完全な平坦度からの偏りが
種々に組合さっているだろう。これらのむらが２つの部
品の接合面間の全表面領域の接触を妨げ、実際には意図
する接合線を通して数個の「高い点」のみにおいて表面
が接触するという結果が生まれる。部品に圧力を加えて
強制的に接合面を接触させてさらなる表面接触に成功す
ることができるが、この方法で全体に密接な接触をもた
らすことは困難または不可能である。部品への圧力と関
連させてサセプタを電気的加熱することにより界面に熱
を加えると、このむらをさらに平坦にする傾向がある
が、熱および圧力を用いて全範囲における密接な接触に
成功するのに必要な時間はあまりにも長すぎて最上部に
おいて変形が起こる可能性があり、「Ｉ」ビームフラン
ジの全体の温度を軟化点まで上昇させる傾向があるため
優れた接合に成功するのに必要な圧力を与えると曲がっ
たり弛んだりし始める。
【００１０】
【発明の概要】したがって、この発明の目的は、可動コ
イル溶接プロセスにより、接合線の全領域にわたって連
続したまたはほぼ連続した融着部を生成し、信頼性高く
繰返し可能でかつ一貫した品質を伴う非常に強度の高い
溶接をもたらすことを可能にする、改良された熱可塑性
溶接プロセスを提供することである。この発明の別の目
的は、一貫した品質を伴い融着される、改良された低コ
ストかつ強度の高い大規模部品の複合アセンブリを生成
することである。この発明のさらに他の目的は、構造全
体の温度をその高強度を保つ限度内で維持するような熱
適用のスケジュールを用いるため高強度温度限度を超え
た場合に発生するような弛みに備えてこの構造を支持す
るための内部の道具を必要としない、改良された可動コ
イル熱可塑性融着溶接プロセスを提供することである。
この発明のさらに他の目的は、通常の表面欠格および完
全な平坦度からの偏りを有する標準生産複合材料部品に
対し、ほぼ完璧な接合線領域の融着をもたらす、改良さ
れた可動コイル融着溶接プロセスを提供することであ
る。この発明のさらに他の目的は、締結具、孔開けに係
る費用、孔および締結具の検査、設置後の締結具の検
査、部品と締結具および孔の周りとの間の封止、材料の
不整合、ならびに締結具からのアーク放電を排除するこ
とにより、一貫した高品質を有し大幅にコストが削減さ
れた航空機構造を製造するための改良されたプロセスを
提供することである。
【００１１】この発明のこれらおよびその他の目的は、
均一的かつ一貫した品質が備わった溶接部を熱可塑性複
合材料で生成し、溶接の何らかのウィークポイントにお
ける欠格のためにこの構造において溶接ラインが突発的
に開く可能性がないということを確実に保証するための
溶接プロセスにおいて達成される。この発明は、基本的
な融着のメカニクス、すなわち接合線に沿う密接かつ連
続した接触、および接触している接合面間で内部の深い
ところでの分子重合体鎖の拡散が発生するのに十分な温
度で要する全時間に焦点を置き、接合線全体にわたる連
続し均一的な品質の融着部を形成する。このプロセスに
おいて、誘導加熱ワークコイルが接合線で複数回パスさ
れ、一方でコイルの領域において溶接される材料部材に
圧力を与え、樹脂が硬化するまで圧力を維持する。接合
線における樹脂は、誘導ワークコイルの各パスにおいて
軟化または溶融温度まで加熱され、圧力が用いられて接
合線で軟化した／溶融した樹脂を流れさせ、接合線の厚
みを低減し、そうして各パスで接合表面接触の親密性を
向上させて接合の完全な連続性がもたらされる。接合面
における熱可塑性樹脂の軟化したまたは溶融した状態で
の全時間は、接合線の全長および領域にわたって２つの
接合面の材料における重合体鎖の内部深くでの拡散を達
成するのに十分であり、そうすることにより完成部品に
は向上した強度および結合性を備える接合線がもたらさ
れるが、軟化温度での接合面の全時間は、別の時間部分
にあり、全体構造の温度が上昇して強度を失い弛み始め
ることなく、界面における熱が放散することが可能であ
り、そのため最終的アセンブリの所望の形状および大き
さが維持される。
【００１２】
【詳細な説明】図面を参照すれば、同じ参照番号は同一
または対応する部分を示し、特にそのうちの図１を参照
すると、融着される熱可塑性複合部品にまたがるツーリ
ングヘッダ１２で支持される熱可塑性溶接ヘッド１０が
示される。この例においてこの部品は熱可塑性桁材１４
および熱可塑性ウイングスキン１６を含むが、そのごく
小さな部分のみが図１では示されている。桁材１４は、
トップキャップ１８、ボトムキャップ２０、およびトッ
プキャップ１８とボトムキャップ２０との間に延在する
ウェブ２２を備える、「Ｉ」ビームの形状をしている。
桁材１４は、部品が組立てられる飛行機のウイングの長
さに延在し、ウイングスキンは、飛行中に受けるであろ
う引張りおよび剥離力に抵抗するのに十分な強度を備え
るように、桁材のキャップ１８の全長および表面領域に
わたり接合される。図示の装置は、１９９４年１２月９
日に出願された、「熱可塑性溶接（Thermoplastic Weld
ing）」と題される、ジョン ミトライダー（John Mitt
leider ）による米国特許出願番号第０８／３５２，９
９１号においてより詳細に説明されており、その開示を
この明細書において引用により援用する。
【００１３】熱可塑性リボンに封入された導電性のある
多孔のサセプタ２４が、桁材のキャップ１８とウイング
スキン１６との間に挿入される。典型的には、サセプタ
が封入される熱可塑性材料は、桁材のキャップ１８の表
面およびウイングスキン１６の下側の接合面にある同じ
熱可塑性材料と同じまたはわずかに低い温度で形成され
たものであろう。
【００１４】溶接ヘッド１０は、融合を促進する接合線
の誘導加熱の間および、その後その接合状態で樹脂を冷
却および硬化させるのに十分な時間、圧力を与えること
ができる可動コイル装置とすることができる。１つの適
切な溶接ヘッドが、本件と同時に出願される、「誘導溶
接のためのコンフォーマルスケート（Conformal Skate
for Induction Welding ）」と題されたカールハンセン
（Karl Hansen ）による出願で開示されている。図２に
示す好ましい溶接装置は、サセプタ２４において渦電流
を誘導するための誘導コイル２６を含む。渦電流は電気
抵抗加熱によりサセプタを加熱し、部品の接合面におい
て熱可塑性材料を軟化または溶融させるため、材料はサ
セプタ内の隙間を流れ、内部拡散し、融合する。２つの
適切な誘導コイルは、ハンセンおよびウエースバーグ
（Weisberg）による「誘導溶接のための非対称系ワーク
コイル（Asymmetric Work Coil for Induction Weldin
g）」と題される特許出願、および米国特許第５，３１
３，０３７号という文献において述べられており、本明
細書に引用により援用する。′０３７号の特許で示され
るコイルは、中心において０であり、電流密度が端に向
かって増大する渦電流を提供する。コイルが中央線から
端に向かって発生する非均一的な渦電流密度を平衡させ
て均一的な加熱に成功するように誂えられたサセプタを
使用することが所望され、係るサセプタは、「誘導熱可
塑性溶接のためのサセプタ（Tailored Susceptors for
Induction Thermoplaslic Welding ）」と題され、１９
９４年８月４日にカール Ａ ハンセンおよびＣ．デー
ビット ルンデン（C.David Lunden）により出願された
米国特許出願第０８／２８６，３６０号に開示されてい
る。
【００１５】誘導ワークコイル２６は、下側のフレーム
２８を上側のフレーム３２に接続するリンク３０に留め
付けられた下側のフレーム２８の中央で、図２に示され
る溶接ヘッドに装着される。上側のフレーム３２は、減
速ギア装置４０を通してドライブスプロケットおよびチ
ェーンループ３８を駆動するステッパモータ３６を含む
原動装置３４によって引っ張られる。１対のカムロール
ベアリングリング４２が下側のフレーム２８の両側か
ら、ヘッダ１２の内側表面内で溝を付けられ下側のフレ
ーム２８を導き支持するカム溝４４に突出する。同様の
カムロールベアリングリング４６の組が、上側のフレー
ム３２から直線のカム溝４８に向けて突出し、ウイング
スキン１６の一方の端部から他方の端部へとチェーンル
ープ３８によって引っ張られる際に上側のフレームを案
内する。
【００１６】ウイングスキン１６を桁材のキャップ１８
に溶接するプロセスは、部品の接合表面間に介在する、
樹脂に封入された多孔性の導電性サセプタ２４を用いて
部品を組立てることにより開始される。ウイングボック
スの場合、サセプタ２４を桁材のキャップ１８の外側表
面に装着し、次に、この桁材を上側のウイングスキンと
下側のウイングスキンとの間に挟むことを含む。これら
の部品は、圧力のかけられた空気が、エアライン５２に
より１対のエアベアリングパッド５０に排出され、別の
エアライン５４によりエアベアリング圧力パッド５０に
送られてエアベアリングパッド５０が発生する力によ
り、適切な位置で保たれ圧迫される。パッド５０への空
気は、ウイングスキン１６の最上面の圧力パッド５０に
おける摩擦抵抗を低減し、コイル２６がパスされた後に
部品を冷却する助けとなる。誘導ワークコイル２６は、
サセプタ２４と整列する２つのウイングスキンの外側表
面にわたる意図された接合線に沿い引っ張られ、一方ウ
イングスキンを通しておよびサセプタの周りに突出する
交番する磁界を発生し、サセプタにおいて渦電流を生じ
させる。磁界により誘起される渦電流は、誘電加熱によ
りサセプタを加熱し、接合面における熱可塑性材料の温
度を軟化または溶融温度まで上昇させるのに十分なアン
ペア数である。２つの面する部品の接合面からの溶融ま
たは軟化した熱可塑性材料は、多孔性のサセプタの隙間
内およびその周りを流れ、融合し、そうすることによっ
て融着部が生まれる。溶接ヘッドの最初のパスの後、こ
のプロセスは３回またはそれ以上の回数繰返され、第２
回目のパスの後はコイルへの電力を増大し、もし所望で
あれば、エアーシリンダ５６による圧力パッド５０への
圧力を増大する。この装置の構造および動作は、この明
細書で引用するミトライダーの出願においてより詳細に
述べられている。
【００１７】この接着強度は、同じ接合線に対して溶接
ヘッドの溶接パスを繰返すことにより向上する。この現
象は偶然に発見され、確認された後により詳細に研究さ
れた。誘導コイルを複数回パスすることの効果が、接合
線全体にわたる所望の連続性という特徴を備える融着部
を生成し接合面における材料の実質的な分子内部拡散に
成功して、ボイドが全くまたはほぼ全くない引き剥がし
強度の高い接合線を生成する助けとなることがわかって
いる。
【００１８】融着部を生成するためのメカニズムは、密
接な接触および「ヒーリング」を含む。２つの接合面の
密接な接触は、部品に加えられる圧迫する力および温度
に依存する粘度の働きである。部品に加えられる力は、
界面圧力としてある表面領域に送られて接合面を結合さ
せ、表面材料の粘度には明らかに表面における高い点を
流れ出させる傾向があり、そのため２つの表面における
低い点が結合する。「ヒーリング」は一部は溶融または
軟化した材料がともに流れて混合して接触するプロセス
であり、一部は一方の面の材料における重合体の鎖の分
子の、他方の接合面における材料の分子マトリックスへ
の浸透のプロセスである。重合体鎖の平均的な浸透距離
は、時間の４分の１べき乗として増大し、接合面におけ
る材料を流れさせることにより得られる有利な混合効果
は伴わない。
【００１９】接合の品質を示す、客観的かつ容易に行な
われる接合線の観察は、接合線の厚みの減少、接合線に
おける接合された表面と接合されていない表面との間の
向上した比率（逆に表現すれば、接合線における接合さ
れない表面領域の減少）、および接合樹脂のサセプタの
隙間の通過性の改良である。これらの要素は、溶接され
た部分を検査し、短い部分を破壊に到るまで引張試験す
ることにより測定され、このことがまた直接的な接合強
度データを提供する。
【００２０】部品の接合面における中空、凹みおよびで
こぼこといった不規則性、ならびに完全な平坦度からの
その他の偏りは、接合を意図する部品の全表面に沿う連
続し密接な接触を妨げる可能性がある。こうした完全な
平坦度からの偏りは、でこぼこ、凹みまたは中空、掻き
傷および瘤といった小規模な表面特徴、ならびに主要長
さ方向における波打ち、縦軸の周りの捩じれ、「Ｉ」ビ
ームフランジの中低反りまたは弛み、および縦方向にお
ける丸い盛り上がりまたは弓反りといった反りのような
大規模な特徴を含む。こうした不規則性は、接合面の表
面状態をスキャンし、部品の１つにおいて膨らんだ領域
を機械加工し、部品の取付けを改良することにより最小
限に留められる。しかしながら、ある程度の大きさでの
何らかの不規則性は常に存在するものであり、この発明
はこれら表面不規則性が接合品質に対して与える有害効
果を最小とする。
【００２１】接合面においてこうした表面の不規則性を
有する２つの部品を、サセプタをその間に挿入して結合
するとき、溶接ヘッドの第１パスが、部品の熱可塑性接
合面のおよそ溶融温度までサセプタを加熱する。サセプ
タを封入する樹脂すべてが溶融し、サセプタ／樹脂のパ
ックと接触するすべての樹脂もまた溶融し、ワークコイ
ルに近接したウイングスキンに与えられる圧力が接合面
をより近づけるように押圧し、突出している表面の不規
則性の最上部から余剰の樹脂を押出す。しかしながら、
コイルにより加熱されている領域の上向きおよび下向き
の表面不規則性はむらのあるままであり、接合面の表面
領域すべてが完全に密接して接触することを妨げ、かつ
最上部分が剛性なので、最上部が下側にある部分におけ
る大規模な凹みと接触することができるような垂直方向
の移動が制限される。加熱される領域における突出する
表面不規則性のいくらかは、この最初のパスで溶融し、
平坦化し、接合線接合面の何割かが融着してこの部品は
溶接される。表面全体を密接に接触させることを妨げる
ようないくらかの小規模な不規則性は残るかも知れず、
また何らかの接触を妨害するような大規模の不規則性の
ほとんどの部分はなおも残るかもしれない。
【００２２】溶接ヘッドの第２パスの間、サセプタに接
触する樹脂は再び、加熱されたサセプタにより溶融また
は軟化温度まで加熱され、圧力パッドにより溶接ヘッド
にかけられる圧力が接合面を押圧してさらに密接な接触
をもたらし、接合線からさらなる熱可塑性樹脂を押し出
す。２つの部品上の完璧に平坦な面よりも上にある突出
部はさらに減じられ、中空部分は、不規則な表面の高い
点から溶け出した、溶融または軟化した樹脂により部分
的には充填される。
【００２３】前述のように、サセプタは熱可塑性樹脂内
に埋込まれて溶接プロセスを簡素化する。溶接される２
つの部品の接合面の熱可塑性樹脂と同じまたは互換性の
ある熱可塑性樹脂に封入されるサセプタのテープを形成
すると、そうでなければ壊れやすいサセプタに耐久性が
生まれ、サセプタの周りに適量の熱可塑性樹脂が存在
し、溶接接合線にわたって均一的な接着の厚みが生み出
されることが確実になる。こうしてまた、２つの熱可塑
性の部品の接合面へのサセプタの熱伝達特性が改良され
る。この明細書における典型的なテープは、デュポン社
（Dupont）のＡｖｉｍｉｄ ＫＩＩＩＡポリイミド樹脂
を用いた幅約２インチのものであるが、ＰＥＥＫ、ＰＥ
ＫＫ、ＰＥＳまたは何らかのその他の熱可塑性樹脂を使
用することが可能である。サセプタを封入する樹脂およ
び界面に挿入される樹脂のさらなるリボンは、複合材料
におけるマトリックス樹脂と互換性がなければならず、
一般的にはマトリックス樹脂と同じ樹脂またはわずかに
異なる配合の樹脂（溶融温度がわずかに低い）である。
【００２４】本発明において熱可塑性溶接を用いて接合
する複合材料は、典型的には同じ材料であり、溶接の前
に予め製造されている。典型的には、複合材料は、溶融
温度が約３１０℃（６２０°Ｆ）であるデュポン社のＡ
ｖｉｍｉｄ ＫＩＩＩＢといった、カーボンまたはグラ
ファイトファイバ強化ポリイミド樹脂である。接合線の
領域に溶融温度がわずかに低いＫＩＩＩＡポリイミド樹
脂のリボンを加えるため、この樹脂は接合線の領域で豊
富な樹脂である。この発明では複合材料の部品の表面を
相補的に型彫りして２つの部品の取付けを改良し、接合
線のボイドを完全に無くす。この発明では接合線に沿う
樹脂に封入されたサセプタテープを用いて複合材料の部
品を組立て、１分間に約１−４インチ（２．５−１０ｃ
ｍ）誘導コイルを一方の端部から他方の端部へと移動さ
せることにより溶接を完了する。
【００２５】上記のように好ましい実施例について述べ
てきたが、この発明と同じ目的を達成する数多くの変
形、改良形、および修正形を当業者は容易に認識するで
あろう。したがって、特許請求の範囲はこれら変形、修
正形および改良形の等価物の全範囲を包含するように自
由に解釈されることを意図する。実施例はこの発明を説
明するために提供するものであって、前掲の特許請求の
範囲において規定されるこの発明の精神および範囲を制
限することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のプロセスを実行するための溶接装置
の斜視図である。
【図２】図１に示される溶接ヘッドの斜視図である。
【図３】図１に示す装置により溶接されるアセンブリの
部分を示す、装置の立面断面図である。
【図４】図示のために表面の輪郭を強調して示した、こ
のプロセスの４つの異なる段階において溶接される２つ
の複合部品の界面の拡大断面立面図である。
【符号の説明】
１０ 溶接ヘッド １２ ツーリングヘッダ １４ 桁剤 １６ ウイングスキン ２４ サセプタ ２６ 誘導コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:30 (72)発明者 マイケル・エイ・ウォーカー アメリカ合衆国、98390 ワシントン州、 サムナー、ワンハンドレッドアンドエイテ ィフィフス・アベニュ・イー、4405

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性溶接のための方法であって、 溶接される２つの樹脂状の部品の２つの接合面間にサセ
    プタを挿入するステップを含み、前記サセプタは誘導を
    受けやすい材料から製造され、材料を通して延在する実
    質的に均一的なパターンの開きを有し、そのためサセプ
    タは誘導コイルにより発生された振動磁界にさらされた
    とき実質的に均一的に熱し、さらに、 前記接合面に近接して前記誘導コイルを位置決めし、前
    記コイルに電力を与えて前記接合面における前記材料を
    軟化するのに十分な程度に前記サセプタを加熱するステ
    ップと、 第１のパスで前記接合面に沿い前記コイルを移動させ、
    同時に前記部品に圧力を加えて前記接合面を結合させる
    ステップと、 前記第１のパスの後、第２のパスにおいて前記コイルを
    前記接合面に沿い移動させ、同時に前記部品に圧力を加
    えて前記接合面を結合させるステップと、 前記第２のパスの後、前記コイルのさらなるパスを行な
    い、溶接された接合線が所望の結合性および完璧性を達
    成するまで圧力を加えるステップとを含む、熱可塑性溶
    接のための方法。
  2. 【請求項２】 前記第２のパスの後、前記さらなるパス
    において前記コイルへの前記電力を増大させるステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第２のパスの後の前記さらなるパス
    の間に前記部品に加えられる前記圧力を増加させてさら
    に前記接合面が密接に接触するようにするステップをさ
    らに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 誘導加熱および圧力を適用する間に前記
    接合線における温度を感知し、誘導加熱および圧力の前
    記適用の期間を調節して温度が所望の温度範囲に到達
    し、所望の時間の範囲の間その温度に留まることを確実
    にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記誘導コイルが、厚みが減じられた部
    品の前記接合線に沿い動くときに、前記誘導コイルへの
    前記電力を調節し、前記サセプタの磁界の強度を前記部
    品の厚みの変化におよそ等しくなるように維持するステ
    ップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記接合線の温度が前記軟化温度の２分
    の１を下回るまで、前記パスの間である時間待機するス
    テップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ２つの複合部品の２つの重なり合う熱可
    塑性樹脂接合面間の界面で融着部を生成して２つの部品
    の重なり合う領域における接合線で熱可塑性溶接を生成
    するための方法であって、 前記重なり合う領域で誘導コイルを通過させ、その間前
    記誘導コイルに交流電流でエネルギを与え、前記界面に
    浸入する磁界を発生するステップと、 前記界面に導電性があり多孔性のサセプタを位置決めす
    るステップと、 前記サセプタにおいて誘導的に渦電流を発生し、前記渦
    電流で前記サセプタを抵抗的に加熱するステップと、 前記サセプタからの熱で前記２つの部品の前記接合面に
    おける前記熱可塑性樹脂を軟化させるステップと、 前記部品をともに押圧して前記樹脂が前記多孔性のサセ
    プタ内の孔を通して流れるようにし、２つの部品を接合
    するステップと、 前記通過させるステップ、発生するステップ、軟化させ
    るステップ、および押圧するステップを複数回繰返し、
    一方後のパスにおいて前記コイルにエネルギを与える電
    力を増大させて前記界面への熱適用を増加させ、各パス
    ごとに前記溶接の強度および連続性を向上させるステッ
    プとを含む、融着部を生成するための方法。
  8. 【請求項８】 溶接された複合アセンブリであって、 （ａ） 接合線を規定するように配置された第１および
    第２の複合部材と、 （ｂ） 複合部材を接続する結合領域を形成する、前記
    接合線に沿う融着部と、 （ｃ） 前記結合領域に埋込まれた多孔性の導電性サセ
    プタとを含み、 前記結合領域は、 前記サセプタを前記第１および第２の部品の２つの接合
    面間に挿入するステップにより形成され、前記サセプタ
    は材料を通して延在する実質的に均一なパターンの開き
    を有し、そのためサセプタは誘導コイルで発生される交
    番磁界により誘起される渦電流にさらされたとき実質的
    に均一的に熱し、さらに、 前記誘導コイルを前記接合面に近接して位置決めし、交
    流電力を前記コイルに与えるステップと、 前記コイルを第１のパスで前記接合面に沿い移動させ、
    同時に前記部品に圧力を加えて前記接合面を結合させる
    ステップと、 前記第１のパスの後、第２のパスにおいて前記コイルを
    前記接合表面に沿い移動させ、同時に前記部品に圧力を
    加えて前記接合面を結合させるステップと、 前記第２のパスの後、所望の結合性および完璧性を備え
    る溶接された接合線が得られるまで前記コイルのさらな
    るパスを行ない、同時に圧力を与えるステップとにより
    形成される、溶接された複合アセンブリ。
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