WO2022054152A1

WO2022054152A1 - 融着方法および融着装置

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Publication number: WO2022054152A1
Application number: PCT/JP2020/034050
Authority: WO
Inventors: 大輔田中; 彰吾乙部; 顕夫池田
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-17

Abstract

第１複合材の第１接合面と第２複合材の第２接合面との間に板状の絶縁部材を挟んだ状態で第１複合材を設置する設置工程（Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３）と、移動電極部により第１複合材を加圧して第１接合面と第２接合面とを接触させる第１加圧工程（Ｓ１０４）と、固定電極部と移動電極部との間に電圧を印加して、第１接合面と第２接合面とを融着させる第１融着工程（Ｓ１０５）と、第１接合面と第２接合面とが融着した融着領域から遠ざかるように移動電極部および絶縁部材を長手方向に沿って移動させる移動工程（Ｓ１０７）と、移動電極部により第１複合材を加圧して第１接合面と第２接合面とを接触させる第２加圧工程（Ｓ１０４）と、固定電極部と移動電極部との間に電圧を印加して、第１接合面と第２接合面とを融着させる第２融着工程（Ｓ１０５）と、を備える融着方法を提供する。

Description

融着方法および融着装置

　本開示は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを融着させる融着方法および融着装置に関するものである。

　繊維強化熱可塑性プラスチック（Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｔｈｅｒｍｏ　Ｐｌａｓｔｉｃ）で構成された複合材を融着させる方法として、一対の複合材に電圧を印加して複合材に含まれる炭素繊維を発熱させ、複数の複合材の接合面およびその近傍の樹脂を溶融させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、一対の複合材が接触する接合領域を一対の加圧部材により加圧し、加圧部材を介して一対の複合材に電圧を印加することが開示されている。

特開２０１２－１８７９０３号公報

　しかしながら、特許文献１は、一対の複合材が接触する接合領域の全領域を加圧し、全領域に電圧を印加するものである。接合領域の全領域を加圧して電圧を印加する場合、接合領域が大きくなるにつれて加圧部材や電極のサイズが大きくなってしまう。

　一方、接合領域よりも狭い領域のみを加圧して電圧を印加する場合、加圧部材により加圧されない領域で接触する一対の複合材の領域にも電流が流れ、加圧部材により加圧されない状態で一対の複合材が融着してしまう。この場合、加圧部材により加圧されずに融着した領域における融着品質が低下してしまう。

　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、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを部分的に連続して融着させる際に融着品質が低下することを防止することができる融着方法および融着装置を提供することを目的とする。

　本開示の一態様に係る融着方法は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを融着させる融着方法であって、前記第１複合材は、長手方向に沿った第１長さが前記長手方向に直交する幅方向に沿った第２長さよりも長い長尺状に形成されており、前記第２複合材は、前記幅方向に沿った長さが前記第２長さよりも長い板状に形成されており、板状に形成される固定電極部に前記第２複合材を設置するとともに前記第１複合材の第１接合面と前記第２複合材の第２接合面との間に板状の絶縁部材を挟んだ状態で前記第１複合材を設置する設置工程と、前記絶縁部材から前記長手方向に離れた位置で、前記第１長さよりも前記長手方向の長さが短い板状の移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１接合面と前記第２接合面とを接触させる第１加圧工程と、前記第１加圧工程により加圧された状態で、前記固定電極部と前記移動電極部との間に電圧を印加して、前記第１接合面と前記第２接合面とを融着させる第１融着工程と、前記第１接合面と前記第２接合面とが融着した融着領域から遠ざかるように前記移動電極部および前記絶縁部材を前記長手方向に沿って移動させる移動工程と、前記絶縁部材から前記長手方向に離れた位置で、前記移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１接合面と前記第２接合面とを接触させる第２加圧工程と、前記第２加圧工程により加圧された状態で、前記固定電極部と前記移動電極部との間に電圧を印加して、前記第１接合面と前記第２接合面とを融着させる第２融着工程と、を備える。

　本開示の一態様に係る融着装置は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを融着させる融着装置であって、前記第１複合材は、長手方向に沿った第１長さが前記長手方向に直交する幅方向に沿った第２長さよりも長い長尺状に形成されており、前記第２複合材は、前記幅方向に沿った長さが前記第２長さよりも長い板状に形成されており、板状に形成されるとともに前記第２複合材が設置される固定電極部と、前記第１長さよりも前記長手方向の長さが短い板状に形成され、前記固定電極部との間に前記第１複合材および前記第２複合材を挟んだ状態で前記固定電極部との間に電圧を印加する移動電極部と、前記移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１複合材の第１接合面と前記第２複合材の第２接合面とを接触させる加圧部と、前記第１接合面と前記第２接合面との間に挟まれた状態で配置される板状の絶縁部材と、前記移動電極部が移動する移動方向の下流側に離れた位置に前記絶縁部材が配置される状態で、前記移動電極部および前記絶縁部材を前記移動方向に沿って移動させる移動機構と、を備える。

　本開示によれば、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを部分的に連続して融着させる際に融着品質が低下することを防止することができる融着方法および融着装置を提供することができる。

本開示の第１実施形態に係る融着装置を示す縦断面図である。図１に示す融着装置のＡ－Ａ矢視断面図である。図１に示す移動電極部を移動方向に移動させた状態を示す縦断面図である。図３に示す移動電極部を移動方向に移動させた状態を示す縦断面図である。図１に示すＢ部分の部分拡大図である。第１変形例に係る絶縁部材を示す部分拡大図である。第２変形例に係る絶縁部材を示す部分拡大図である。第３変形例に係る絶縁部材を示す部分拡大図である。第４変形例に係る絶縁部材を示す部分拡大図である。図１に示す融着装置を上方からみた平面図である。本開示の第１実施形態に係る融着方法を示すフローチャートである。本開示の第２実施形態に係る融着装置を示す縦断面図である。

　以下、本開示にかかる実施形態について説明する。以下で説明する各実施形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではない。以下で説明する各実施形態は、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

〔第１実施形態〕
　以下、本開示の一実施形態に係る融着装置１００および融着方法について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る融着装置１００を示す縦断面図である。図２は、図１に示す融着装置１００のＡ－Ａ矢視断面図である。図３は、図１に示す移動電極部１２を移動方向ＭＤに移動させた状態を示す縦断面図である。図４は、図３に示す移動電極部１２を移動方向に移動させた状態を示す縦断面図である。

　図５は、図１に示すＢ部分の部分拡大図である。図６～図９は、変形例に係る絶縁部材を示す部分拡大図である。図１０は、図１に示す融着装置１００を上方からみた平面図である。本実施形態の各図において、軸線Ｘ，軸線Ｙ，軸線Ｚは、互いに直交する軸線を示す。軸線Ｘおよび軸線Ｙは、設置面Ｓと平行な水平面に沿って配置される軸線である。

　図１および図２に示すように、本実施形態の融着装置１００は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させて構造体２００を製造する装置である。図１に示すように、本実施形態の融着装置１００は、固定電極部１１と、移動電極部１２と、加圧部２０と、移動機構３０と、絶縁部材４０と、を備える。

　本実施形態の構造体２００は、第１複合材２１０と、第２複合材２２０とを融着により接合したものである。第１複合材２１０は、軸線Ｘと一致した方向である長手方向ＬＤに沿って延びる長尺状に形成される部材である。図２および図４に示すように、第１複合材２１０は、長手方向ＬＤに沿った長さＬ１（第１長さ）が、長手方向ＬＤに直交する幅方向ＷＤに沿った長さＬ２（第２長さ）よりも長い。第１複合材２１０は、例えば、航空機の胴体の一部を形成するスキンを補強するストリンガとして用いられる。

　第１複合材２１０は、シート状の三層の複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを積層して板状に成形された積層体である。本実施形態では、三層の複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃを積層した第１複合材２１０を用いることとしたが、２以上の任意の数の層を積層した第１複合材２１０としてもよい。

　第１複合材２１０に含まれる複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは、繊維基材とマトリックス樹脂（樹脂材料）とを含む。複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃに含まれる繊維基材は、例えば炭素繊維である。炭素繊維が導電性を有するため、炭素繊維を含む第１複合材２１０は、全体として導電性を有する。

　複合材料２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃに含まれるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂材料であり、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等である。

　第２複合材２２０は、軸線Ｘおよび軸線Ｙに沿って延びる板状かつ平坦状に形成される部材である。図１０に示すように、第２複合材２２０の幅方向ＷＤに沿った長さＬ３（第３長さ）は、第１複合材２１０の幅方向ＷＤに沿った長さよりも長い。図１に示す第２複合材２２０は、平坦状に形成されるものであるが、他の形状であってもよい。例えば、第２複合材２２０は、軸線Ｚに沿って下方に向けて突出する円弧状の断面を有する形状であってもよい。第２複合材２２０は、例えば、航空機の胴体の一部を形成するスキンとして用いられる。

　第２複合材２２０は、シート状の三層の複合材料２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃを積層して板状に成形された積層体である。本実施形態では、三層の複合材料２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃを積層した第２複合材２２０を用いることとしたが、２以上の任意の数の層を積層した第２複合材２２０としてもよい。

　第２複合材２２０に含まれる複合材料２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃは、繊維基材とマトリックス樹脂（樹脂材料）とを含む。複合材料２２０ａ，２２０ｂに含まれる繊維基材は、例えば炭素繊維である。炭素繊維が導電性を有するため、炭素繊維を含む第２複合材２２０は、全体として導電性を有する。複合材料２２０ａ，２２０ｂに含まれるマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂材料である。熱可塑性樹脂材料の例は、第１複合材２１０と同様である。

　固定電極部１１および移動電極部１２は、第１複合材２１０および第２複合材２２０が加圧部２０により加圧された状態で、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に電圧を印加する装置である。固定電極部１１および移動電極部１２は、導電性を有する材料（例えば、金属材料）により形成されている。第１複合材２１０および第２複合材２２０は、それぞれ導電性を有するため、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に電圧を印加すると、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電流が流れる。

　固定電極部１１は、軸線Ｘおよび軸線Ｙに沿って延びるように板状に形成される部材である。固定電極部１１は、電極ケーブル１１ａを介して設置面Ｓに接続されて接地電位に維持される。図１および図２に示すように、固定電極部１１は、設置面Ｓに固定された状態で設置される。固定電極部１１の上面には、第２複合材２２０が設置される。

　移動電極部１２は、軸線Ｘおよび軸線Ｙに沿って延びるように板状に形成される部材である。図４に示すように、移動電極部１２は、第１複合材２１０の長手方向ＬＤの長さＬ１よりも短い長さＬ４（第４長さ）を有する。移動電極部１２は、電極ケーブル１２ａを介して電圧源（図示略）に接続され、接地電位よりも高い電位に維持される。移動電極部１２は、固定電極部１１との間に第１複合材および第２複合材を挟んだ状態で、固定電極部１１との間に電圧を印加する。

　第１複合材２１０と第２複合材２２０とを重ねて配置し、加圧部２０により移動電極部１２を介して第１複合材２１０を加圧すると、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが近接した状態となる。第１接合面２１１と第２接合面２２１とが近接した領域には微小な隙間が形成される。そのため、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加すると、この微小な隙間において抵抗値が最大となり、最も発熱する領域となる。

　この領域が加熱され、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂が融点以上となると、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが融着する。このようにして、固定電極部１１および移動電極部１２は、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とを融着させる。

　図１に示す第１融着領域ＦＡ１（融着領域ＦＡ）は、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが融着した領域を示す。第１融着領域ＦＡ１は、固定電極部１１および移動電極部１２により電圧が印加されることで加熱され、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂が溶融して融着した領域である。図１に示す非融着領域ＵＦＡは、第１複合材２１０と第２複合材２２０とが融着していない領域を示す。

　加圧部２０は、第１複合材２１０および第２複合材２２０を加圧して第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とを接触させる機構である。本実施形態の融着装置１００は、平坦な設置面Ｓの上に、固定電極部１１，第２複合材２２０，第１複合材２１０，移動電極部１２を順に設置したものである。加圧部２０は、移動電極部１２の上面に対して、設置面Ｓに向けて下方に押し付ける付勢力を付与する。

　移動機構３０は、移動電極部１２が移動する移動方向ＭＤの下流側に離れた位置に絶縁部材４０が配置される状態で、移動電極部１２および絶縁部材４０を移動方向ＭＤに沿って移動させる機構である。図１および図２に示すように、移動機構３０は、移動電極部１２および絶縁部材４０が取付けられる本体部３１と、本体部３１に連結されて移動方向ＭＤへ向けた推力を発生する移動体３２とを有する。

　本体部３１には、移動電極部１２および絶縁部材４０が取り付けられるため、絶縁部材４０が移動電極部１２に対して移動方向ＭＤの下流側に一定の距離をとって配置される。移動機構３０は、本体部３１を移動体３２により移動させることにより、絶縁部材４０と移動電極部１２との間の長手方向ＬＤの距離を維持したまま、絶縁部材４０および移動電極部１２を移動方向ＭＤに移動させる。

　移動機構３０は、図１に示す第１融着領域ＦＡ１の融着が終了すると、移動電極部１２を、移動電極部１２の長手方向ＬＤの長さである長さＬ４だけ移動方向ＭＤに沿って移動させ、図３に示す状態とする。移動機構３０は、加圧部２０が移動電極部１２を加圧しない状態で移動電極部１２を移動させる。

　加圧部２０は、移動電極部１２の移動が終了して図３に示す状態となると、加圧部２０による移動電極部１２を介した第１複合材２１０の加圧を行う。また、融着装置１００は、移動電極部１２と固定電極部１１との間に電圧を印加し、図３に示す第１融着領域ＦＡ１において第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる。図３に示す第２融着領域ＦＡ２は、移動電極部１２が通過した領域であり、第１複合材２１０と第２複合材２２０とが融着された領域である。

　融着装置１００は、移動電極部１２の移動方向ＭＤへの移動と、移動した位置での第１複合材２１０および第２複合材２２０の加圧と電圧印加を繰り返すことにより、非融着領域ＵＦＡを第１融着領域ＦＡ１に変化させ、第１融着領域ＦＡ１と第２融着領域ＦＡ２とを含む融着領域ＦＡを増加させる。移動電極部１２に移動方向ＭＤの先端が第１複合材２１０の長手方向ＬＤの端部へ到達すると、図４に示す状態となる。

　図４に示す状態となると、非融着領域ＵＦＡがなくなり、第１複合材２１０の第１接合面２１１の全ての領域が第２複合材２２０の第２接合面２２１と融着した状態となる。図４に示す状態から移動電極部１２が更に移動方向ＭＤに沿って移動すると、第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる融着処理が完了する。

　絶縁部材４０は、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１との間に挟まれた状態で配置される板状の部材である。絶縁部材４０は、例えば、セラミックス材料、ポリイミド樹脂などの絶縁性材料により形成される。絶縁部材４０は、移動機構３０の本体部３１に取り付けられている。

　絶縁部材４０は、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが、移動電極部１２により加圧されない領域において、接触しないようにするための部材である。第１複合材２１０と第２複合材２２０とが接触した状態で第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に電圧を印加すると、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電流が流れる。

　移動電極部１２により加圧されない領域において、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電流が流れると、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂が溶融してしまう。そして、第１複合材２１０と第２複合材２２０とが加圧されない状態で熱可塑性樹脂が部分的に融着してしまうと、融着品質が低下してしまう。

　そこで、本実施形態では、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１との間に絶縁部材４０を挟むことにより、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが、移動電極部１２により加圧されない領域において、接触しないようにする。

　また、絶縁部材４０が絶縁性材料により形成されるため、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加しても、絶縁部材４０を介して、第１複合材２１０および第２複合材２２０に電流が流れることがない。よって、絶縁部材４０の近傍で第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂が溶融することがない。

　ここで、絶縁部材４０の形状について説明する。図１に示す絶縁部材４０は、図５の部分拡大図に示すように、長手方向ＬＤの各位置において軸線Ｚ方向の長さ（高さ）が一定の形状となっている。図５に示す絶縁部材４０は、比較的簡素な断面視が矩形状のものであるため、製造コストを低くすることができる。

　なお、絶縁部材４０の形状は、図５に示す形状に変えて、他の形状としてもよい。例えば、図６に示す第１変形例にかかる絶縁部材４０Ａは、長手方向ＬＤの各位置において軸線Ｚ方向の長さ（高さ）が漸次長くなる楔形としたものである。図６に示す絶縁部材４０Ａは、絶縁部材４０Ａが配置される領域よりも移動方向ＭＤの上流側を隙間なく埋めることができる。そのため、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが、移動電極部１２により加圧されない領域において、確実に接触しないようにすることができる。

　また、例えば、図７に示す第２変形例にかかる絶縁部材４０Ｂは、長手方向ＬＤの各位置において軸線Ｚ方向の長さ（高さ）が漸次長くなる台形としたものである。図７に示す絶縁部材４０Ｂは、絶縁部材４０Ｂが配置される領域において、第１複合材２１０の第１接合面２１１を面で支持することができる。そのため、図５に示す絶縁部材４０に比べ、第１接合面２１１を傷つけずに、確実に支持することができる。

　また、例えば、図８に示す第３変形例にかかる絶縁部材４０Ｃは、軸線Ｙに沿った幅方向ＷＤに直交する断面を円形としたものである。図８に示す絶縁部材４０Ｃは、断面が円形であるため、断面が矩形である図５に示す絶縁部材４０に比べ、第１複合材２１０の第１接合面２１１を傷つけずに支持することができる。

　また、絶縁部材４０Ｃは、絶縁部材４０Ａおよび絶縁部材４０Ｂに比べ、第１複合材２１０および第２複合材２２０との接触面積が小さく、第１複合材２１０および第２複合材２２０との間に生じる摩擦力が小さい。そのため、第３変形例の絶縁部材４０Ｃは、絶縁部材４０Ａおよび絶縁部材４０Ｂに比べ、長手方向ＬＤに沿って移動させる際に移動機構３０が必要とする推力を小さくすることができる。

　また、例えば、図９に示す第４変形例にかかる絶縁部材４０Ｄは、軸線Ｙに沿った幅方向ＷＤに直交する断面を、長手方向ＬＤに長軸を有する楕円形としたものである。図９に示す絶縁部材４０Ｄは、断面が楕円形であるため、断面が矩形である図５に示す絶縁部材４０に比べ、第１複合材２１０の第１接合面２１１を傷つけずに支持することができる。

　また、絶縁部材４０Ｄは、絶縁部材４０Ａおよび絶縁部材４０Ｂに比べ、第１複合材２１０および第２複合材２２０との接触面積が小さく、第１複合材２１０および第２複合材２２０との間に生じる摩擦力が小さい。そのため、第４変形例の絶縁部材４０Ｄは、絶縁部材４０Ａおよび絶縁部材４０Ｂに比べ、長手方向ＬＤに沿って移動させる際に移動機構３０が必要とする推力を小さくすることができる。また、絶縁部材４０Ｃよりも長手方向ＬＤの長さが長いため、断面が円形形である図８に示す絶縁部材４０Ｃに比べ、第１複合材２１０の第１接合面２１１を傷つけずに支持することができる。

　次に、第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる融着方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の融着方法は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材２１０と第２複合材２２０とを融着させる方法である。図１１は、本実施形態に係る融着方法を示すフローチャートである。

　図１１に示すように、ステップＳ１０１（設置工程）において、設置面Ｓに固定された固定電極部１１の上に、第２複合材２２０を設置する。
　ステップＳ１０２（設置工程）において、第２複合材２２０の上に絶縁部材４０を設置する。移動機構３０は、絶縁部材４０が所望の位置に設置されるように移動体３２の位置を調整する。

　ステップＳ１０３（設置工程）において、第２複合材２２０の上に、第１複合材２１０を設置する。以上のステップＳ１０１からステップＳ１０３の各工程により、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１との間に絶縁部材４０を挟んだ状態で、第２複合材２２０の上に第１複合材２１０が設置される。

　ステップＳ１０４（加圧工程）において、絶縁部材４０から長手方向ＬＤに離れた位置（移動方向ＭＤの上流側の位置）で、加圧部２０により移動電極部１２に下方に向けた付勢力を付与し、移動電極部１２により第１複合材２１０を加圧する。加圧工程は、第１複合材２１０を加圧して、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とを接触させる。

　ステップＳ１０５（融着工程）において、第１複合材２１０および第２複合材２２０が加圧工程により加圧された状態で、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加する。第１複合材２１０および第２複合材２２０は、それぞれ導電性を有するため、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加すると、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に電圧が印加される。

　そして、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に電流が流れ、第１接合面２１１と第２接合面２２１とが接触する領域が加熱される。固定電極部１１と移動電極部１２との間に印加される電圧は、第１接合面２１１と第２接合面２２１とが接触する全領域が熱可塑性樹脂の融点以上となるように設定される。

　第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１との間の隙間の近傍において、第１複合材２１０および第２複合材２２０に含まれる熱可塑性樹脂が融点以上となると、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが融着する。このようにして、融着工程は、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とを融着させ、第１融着領域ＦＡ１を形成する。

　融着工程（Ｓ１０５）により第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とを融着させる処理が完了すると、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加する動作を停止する。第１複合材２１０および第２複合材２２０が、これらに含まれる熱可塑性樹脂の融点よりも十分に低い温度に冷却された場合、加圧部２０による加圧を停止させる。

　ステップＳ１０６において、第１複合材２１０の第１接合面２１１の全領域の融着が完了したかどうかを判断し、ＹＥＳであれば本フローチャートの融着方法の処理を終了させる。ＮＯであればステップＳ１０７へ処理を進める。

　ステップＳ１０７（移動工程）において、第１接合面２１１と第２接合面２２１とが融着した第１融着領域ＦＡ１から遠ざかるように、移動機構３０により、移動電極部１２および絶縁部材４０を長手方向ＬＤに沿って移動させる。ステップＳ１０７が終了すると、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５の処理を繰り返す。移動工程は、絶縁部材４０と移動電極部１２との間の長手方向ＬＤの距離を維持したまま、絶縁部材４０および移動電極部１２を移動方向ＭＤに移動させる。

　ステップＳ１０４からステップＳ１０７においては、長手方向ＬＤの所定の位置において、移動電極部１２により第１複合材２１０を加圧して第１接合面２１１と第２接合面２２１とを接触させる（第１加圧工程）。第１複合材２１０が加圧された状態で固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加し、第１接合面２１１と第２接合面２２１とを融着させて第１融着領域ＦＡ１を形成する（第１融着工程）。第１複合材２１０の第１接合面２１１の全領域の融着が完了していない場合、第１融着領域ＦＡ１から遠ざかるように移動電極部１２および絶縁部材４０を移動方向ＭＤに沿って移動させる（移動工程）。

　ステップＳ１０４では、移動電極部１２により第１複合材２１０を加圧して第１接合面２１１と第２接合面２２１とを接触させる（第２加圧工程）。第１複合材２１０が加圧された状態で固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加し、第１接合面２１１と第２接合面２２１とを融着させて第１融着領域ＦＡ１を形成する（第２融着工程）。第１複合材２１０の第１接合面２１１の全領域の融着が完了していない場合、再び以上の処理を繰り返す。

　移動電極部１２が第１複合材２１０の長手方向ＬＤの端部へ到達すると、非融着領域ＵＦＡがなくなり、ステップＳ１０６において、第１複合材２１０の第１接合面２１１の全領域の融着が完了したと判断される。ステップＳ１０６において、ＹＥＳと判断されると、本フローチャートの融着方法の処理を終了させる。

　以上説明した本実施形態の融着方法が奏する作用および効果について説明する。
　本実施形態の融着方法によれば、第１加圧工程（Ｓ１０４）において移動電極部１２により第１複合材２１０が加圧された状態で、第１融着工程（Ｓ１０５）により固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加すると、導電性を有する第１複合材２１０および第２複合材２２０に電流が流れる。そして、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１とが接触する領域が発熱して部分的に溶融し、第１複合材２１０と第２複合材２２０とが融着する。

　移動電極部１２の長手方向ＬＤの長さＬ４は第１複合材２１０の長手方向ＬＤの長さＬ１よりも短く、移動電極部１２から長手方向ＬＤに離れた位置では、第１複合材２１０および第２複合材２２０が加圧されない。そのため、第１複合材２１０および第２複合材２２０が接触しているとその部分で融着してしまい、融着品質が低下する。

　本開示に係る融着方法によれば、設置工程（Ｓ１０１からＳ１０３）により、第１複合材２１０の第１接合面２１１と第２複合材２２０の第２接合面２２１との間に板状の絶縁部材４０が挟んだ状態で第１複合材２１０が設置される。したがって、移動電極部１２により加圧されて第１複合材２１０と第２複合材２２０とが融着する融着領域ＦＡと、絶縁部材４０が配置される位置との間において、第１複合材２１０と第２複合材２２０とが接触しない状態となる。

　これにより、第１複合材２１０および第２複合材２２０が加圧されずに融着することが防止される。また、第１複合材２１０と第２複合材２２０との間に挟まれる部材が絶縁部材４０であるため、絶縁部材４０が配置される領域に電流が流れて熱可塑性樹脂が溶融することもない。よって、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材２１０と第２複合材２２０とを部分的に連続して融着させる際に融着品質が低下することを防止することができる。

　本実施形態の融着方法によれば、長手方向ＬＤの距離を維持したまま絶縁部材４０および移動電極部１２を移動させることにより、長手方向ＬＤの各位置での第１複合材２１０と第２複合材２２０との融着品質を略一定に維持することができる。

〔第２実施形態〕
　次に、本開示の第２実施形態に係る融着装置１００Ａについて説明する。本実施形態は、第１実施形態の変形例であり、以下で特に説明する場合を除き、第１実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。本実施形態の融着装置１００Ａは、冷却部５０を備える点で第１実施形態の融着装置１００と異なる。

　図１２は、本実施形態に係る融着装置１００Ａを示す縦断面図である。本実施形態の融着装置１００Ａは、移動電極部１２よりも移動方向ＭＤの上流側の第１複合材２１０の領域を冷却する冷却部５０を備える。冷却部５０は、熱伝導性を有する材料（例えば、金属材料）により形成されている。

　冷却部５０は、移動機構３０の本体部３１に取り付けられており、第１複合材２１０の上面と接触した状態で配置される。冷却部５０は、第１複合材２１０の上面から伝達される熱を、冷却部５０の内部を流通する冷却媒体（例えば、水等の液体、空気等の気体）に吸熱させることにより、第１複合材２１０を冷却する。

　冷却部５０は、移動機構３０の本体部３１に取り付けられているため、移動電極部１２が移動方向ＭＤへ移動すると、同じ移動量だけ移動方向ＭＤに移動する。したがって、冷却部５０は、移動電極部１２により加熱された第１複合材２１０の領域を冷却しながら移動方向ＭＤに移動する。冷却部５０は、図９に示す融着方法のステップＳ１０５（融着工程）においては、すでに融着された第２融着領域ＦＡ２を冷却する。

　本実施形態の融着装置１００Ａによれば、固定電極部１１と移動電極部１２との間に電圧を印加するとすでに融着された第２融着領域ＦＡ２に電流が流れて加熱されるが、第２融着領域ＦＡ２を冷却部５０により冷却することにより、第２融着領域ＦＡ２が冷却される。第２融着領域ＦＡ２は、移動電極部１２により加圧されていない領域であるため、この領域が加熱されることを防止することで融着品質を維持することができる。

　以上説明した実施形態に記載の融着方法は、例えば以下のように把握される。
　本開示に係る融着方法は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材（２１０）と第２複合材（２２０）とを融着させ、前記第１複合材は、長手方向（ＬＤ）に沿った第１長さ（Ｌ１）が前記長手方向に直交する幅方向（ＷＤ）に沿った第２長さ（Ｌ２）よりも長い長尺状に形成されており、前記第２複合材は、前記幅方向に沿った長さが前記第２長さよりも長い板状に形成されており、板状に形成される固定電極部（）に前記第２複合材を設置するとともに前記第１複合材の第１接合面（２１１）と前記第２複合材の第２接合面との間に板状の絶縁部材（４０）を挟んだ状態で前記第１複合材を設置する設置工程（Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３）と、前記絶縁部材から前記長手方向に離れた位置で、前記第１長さよりも前記長手方向の長さが短い板状の移動電極部（１２）により前記第１複合材を加圧して前記第１接合面と前記第２接合面とを接触させる第１加圧工程（Ｓ１０４）と、前記第１加圧工程により加圧された状態で、前記固定電極部と前記移動電極部との間に電圧を印加して、前記第１接合面と前記第２接合面とを融着させる第１融着工程（Ｓ１０５）と、前記第１接合面と前記第２接合面とが融着した融着領域（ＦＡ）から遠ざかるように前記移動電極部および前記絶縁部材を前記移動方向に沿って移動させる移動工程（Ｓ１０７）と、前記絶縁部材から前記長手方向に離れた位置で、前記移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１接合面と前記第２接合面とを接触させる第２加圧工程（Ｓ１０４）と、前記第２加圧工程により加圧された状態で、前記固定電極部と前記移動電極部との間に電圧を印加して、前記第１接合面と前記第２接合面とを融着させる第２融着工程（Ｓ１０５）と、を備える。

　本開示に係る融着方法によれば、第１加圧工程において移動電極部により第１複合材が加圧された状態で、第１融着工程により固定電極部と移動電極部との間に電圧を印加すると、導電性を有する第１複合材および第２複合材に電流が流れる。そして、第１複合材の第１接合面と第２複合材の第２接合面とが接触する領域が発熱して部分的に溶融し、第１複合材と第２複合材とが融着する。

　移動電極部の長手方向の長さは第１複合材の長手方向の第１長さよりも短く、移動電極部から長手方向に離れた位置では、第１複合材および第２複合材が加圧されない。そのため、第１複合材および第２複合材が接触しているとその部分で融着してしまい、融着品質が低下する。

　本開示に係る融着方法によれば、設置工程により、第１複合材の第１接合面と第２複合材の第２接合面との間に板状の絶縁部材が挟んだ状態で第１複合材が設置される。したがって、移動電極部により加圧されて第１複合材と第２複合材とが融着する融着領域と、絶縁部材が配置される位置との間において、第１複合材と第２複合材とが接触しない状態となる。

　これにより、第１複合材および第２複合材が加圧されずに融着することが防止される。また、第１複合材と第２複合材との間に挟まれる部材が絶縁部材であるため、絶縁部材が配置される領域に電流が流れて熱可塑性樹脂が溶融することもない。よって、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを部分的に連続して融着させる際に融着品質が低下することを防止することができる。

　本開示に係る融着方法において、前記第２融着工程は、前記第１融着工程（Ｓ１０５）により融着された前記融着領域を冷却部（５０）により冷却する構成としてもよい。

　本構成の融着方法によれば、第２融着工程において固定電極部と移動電極部との間に電圧を印加すると第１融着工程で融着された融着領域に電流が流れて加熱されるが、融着領域を冷却部により冷却することにより、融着品質を維持することができる。

　本開示に係る融着方法において、前記移動工程（Ｓ１０７）は、前記絶縁部材と前記固定電極部との間の前記長手方向の距離を維持したまま前記絶縁部材および前記移動電極部を移動させる構成としてもよい。
　本構成の融着方法によれば、長手方向の距離を維持したまま絶縁部材および移動電極部を移動させることにより、長手方向の各位置での第１複合材と第２複合材との融着品質を略一定に維持することができる。

　以上説明した実施形態に記載の融着装置は、例えば以下のように把握される。
　本開示に係る融着装置は、それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを融着させ、前記第１複合材は、長手方向に沿った第１長さが前記長手方向に直交する幅方向に沿った第２長さよりも長い長尺状に形成されており、前記第２複合材は、前記幅方向に沿った長さが前記第２長さよりも長い板状に形成されており、板状に形成されるとともに前記第２複合材が設置される固定電極部と、前記第１長さよりも前記長手方向の長さが短い板状に形成され、前記固定電極部との間に前記第１複合材および前記第２複合材を挟んだ状態で前記固定電極部との間に電圧を印加する移動電極部と、前記移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１複合材の第１接合面と前記第２複合材の第２接合面とを接触させる加圧部（２０）と、前記第１接合面と前記第２接合面との間に挟まれた状態で配置される板状の絶縁部材と、前記移動電極部が移動する移動方向の下流側に離れた位置に前記絶縁部材が配置される状態で、前記移動電極部および前記絶縁部材を前記長手方向に沿って移動させる移動機構（３０）と、を備える。

　本開示に係る融着装置によれば、移動電極部により第１複合材が加圧された状態で、固定電極部と移動電極部との間に電圧を印加すると、導電性を有する第１複合材および第２複合材に電流が流れる。そして、第１複合材の第１接合面と第２複合材の第２接合面とが接触する領域が発熱して部分的に溶融し、第１複合材と第２複合材とが融着する。

　本開示に係る融着装置によれば、第１複合材の第１接合面と第２複合材の第２接合面との間に板状の絶縁部材が挟んだ状態となる。したがって、移動電極部により加圧されて第１複合材と第２複合材とが融着する融着領域と、絶縁部材が配置される位置との間において、第１複合材と第２複合材とが接触しない状態となる。

　本開示に係る融着装置において、前記移動電極部よりも前記移動方向の上流側の前記第１複合材の領域を冷却する冷却部（５０）を備える構成としてもよい。

　本構成の融着装置によれば、固定電極部と移動電極部との間に電圧を印加すると移動電極部の移動方向の上流側の融着領域に電流が流れて加熱されるが、融着領域を冷却部により冷却することにより、融着品質を維持することができる。

　本開示に係る融着装置において、前記移動機構は、前記絶縁部材と前記固定電極部との間の前記長手方向の距離を維持したまま前記絶縁部材および前記移動電極部を移動させる構成としてもよい。
　本構成の融着装置によれば、移動機構により、長手方向の距離を維持したまま絶縁部材および移動電極部を移動させることにより、長手方向の各位置での第１複合材と第２複合材との融着品質を略一定に維持することができる。

１１　　　固定電極部
１２　　　移動電極部
２０　　　加圧部
３０　　　移動機構
４０，４０Ａ，４０Ｂ　絶縁部材
５０　　　冷却部
１００　　融着装置
１００Ａ　融着装置
２１０　　第１複合材
２１１　　第１接合面
２２０　　第２複合材
２２１　　第２接合面
ＦＡ　　　融着領域
ＦＡ１　　第１融着領域
ＦＡ２　　第２融着領域
ＬＤ　　　長手方向
ＭＤ　　　移動方向
Ｓ　　　　設置面
ＵＦＡ　　非融着領域
ＷＤ　幅方向
Ｘ，Ｙ，Ｚ　軸線

Claims

　それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを融着させる融着方法であって、
　前記第１複合材は、長手方向に沿った第１長さが前記長手方向に直交する幅方向に沿った第２長さよりも長い長尺状に形成されており、
　前記第２複合材は、前記幅方向に沿った長さが前記第２長さよりも長い板状に形成されており、
　板状に形成される固定電極部に前記第２複合材を設置するとともに前記第１複合材の第１接合面と前記第２複合材の第２接合面との間に板状の絶縁部材を挟んだ状態で前記第１複合材を設置する設置工程と、
　前記絶縁部材から前記長手方向に離れた位置で、前記第１長さよりも前記長手方向の長さが短い板状の移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１接合面と前記第２接合面とを接触させる第１加圧工程と、
　前記第１加圧工程により加圧された状態で、前記固定電極部と前記移動電極部との間に電圧を印加して、前記第１接合面と前記第２接合面とを融着させる第１融着工程と、
　前記第１接合面と前記第２接合面とが融着した融着領域から遠ざかるように前記移動電極部および前記絶縁部材を前記長手方向に沿って移動させる移動工程と、
　前記絶縁部材から前記長手方向に離れた位置で、前記移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１接合面と前記第２接合面とを接触させる第２加圧工程と、
　前記第２加圧工程により加圧された状態で、前記固定電極部と前記移動電極部との間に電圧を印加して、前記第１接合面と前記第２接合面とを融着させる第２融着工程と、を備える融着方法。
　前記第２融着工程は、前記第１融着工程により融着された前記融着領域を冷却部により冷却する請求項１に記載の融着方法。
　前記移動工程は、前記絶縁部材と前記移動電極部との間の前記長手方向の距離を維持したまま前記絶縁部材および前記移動電極部を移動させる請求項１または請求項２に記載の融着方法。
　それぞれ繊維基材と熱可塑性樹脂とを含むとともに導電性を有する第１複合材と第２複合材とを融着させる融着装置であって、
　前記第１複合材は、長手方向に沿った第１長さが前記長手方向に直交する幅方向に沿った第２長さよりも長い長尺状に形成されており、
　前記第２複合材は、前記幅方向に沿った長さが前記第２長さよりも長い板状に形成されており、
　板状に形成されるとともに前記第２複合材が設置される固定電極部と、
　前記第１長さよりも前記長手方向の長さが短い板状に形成され、前記固定電極部との間に前記第１複合材および前記第２複合材を挟んだ状態で前記固定電極部との間に電圧を印加する移動電極部と、
　前記移動電極部により前記第１複合材を加圧して前記第１複合材の第１接合面と前記第２複合材の第２接合面とを接触させる加圧部と、
　前記第１接合面と前記第２接合面との間に挟まれた状態で配置される板状の絶縁部材と、
　前記移動電極部が移動する移動方向の下流側に離れた位置に前記絶縁部材が配置される状態で、前記移動電極部および前記絶縁部材を前記移動方向に沿って移動させる移動機構と、を備える融着装置。
　前記移動電極部よりも前記移動方向の上流側の前記第１複合材の領域を冷却する冷却部を備える請求項４に記載の融着装置。
　前記移動機構は、前記絶縁部材と前記移動電極部との間の前記長手方向の距離を維持したまま前記絶縁部材および前記移動電極部を移動させる請求項４または請求項５に記載の融着装置。