WO2025249142A1 - 接合体及び接合体の製造方法 - Google Patents
接合体及び接合体の製造方法Info
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- B32B7/04—Interconnection of layers
- B32B7/05—Interconnection of layers the layers not being connected over the whole surface, e.g. discontinuous connection or patterned connection
Definitions
- This disclosure relates to a bonded structure formed by welding thermoplastic fiber composite materials and a method for manufacturing the same.
- Fiber reinforced plastics are one example of a fiber composite material (thermosetting fiber composite material) that uses a thermosetting resin as the matrix.
- thermosetting fiber composite material thermosetting fiber composite material
- glass fiber reinforced plastics (GFRP) which are made by solidifying long glass fibers, woven fabric, or short glass fibers with a thermosetting resin such as unsaturated polyester resin or epoxy resin
- CFRP carbon fiber reinforced plastics
- thermoplastic fiber composite that uses a thermoplastic resin such as polypropylene as the matrix is fiber reinforced thermoplastics (FRTP), which are injection molded using short glass fibers or carbon fibers. Similar to FRP, there are glass fiber reinforced thermoplastics (GFRTP), which use glass fibers, and carbon fiber reinforced thermoplastics (CFRTP), which use carbon fibers. These components are also being developed for use in aerospace and other fields where light weight, high strength, and high rigidity are required.
- FRTP fiber reinforced thermoplastics
- GFRTP glass fiber reinforced thermoplastics
- CFRTP carbon fiber reinforced thermoplastics
- Methods for joining fiber composite materials include using connecting members such as bolts to join the fiber composite materials together, melting the resin in the base material to bond the fiber composite materials together, and using an adhesive different from the fiber composite materials.
- Patent Document 1 discloses the joining of thermoplastic fiber composite materials using an adhesive.
- Patent Document 1 places a conductive insert material made of a resin film and a conductive film between two thermoplastic fiber composite materials, and the materials are bonded by heating.
- the present disclosure was made in consideration of these issues, and its purpose is to provide a bonded body and a method for manufacturing the same that can reduce manufacturing costs while improving the reliability and bonding strength of the bonded body.
- a bonded body comprising: a first thermoplastic fiber composite part in which a first fiber member is mixed with a first thermoplastic matrix resin; a second thermoplastic fiber composite part in which a second fiber member is mixed with a second thermoplastic matrix resin; a joint part joining the first thermoplastic fiber composite part and the second thermoplastic fiber composite part; and an extension part extending between the first thermoplastic fiber composite part and the second thermoplastic fiber composite part, the extension part being centered at the joint part and extending around the joint part when the first thermoplastic fiber composite part and the second thermoplastic fiber composite part are not joined; wherein the joint part is made of the same resin as the first matrix resin.
- a method for manufacturing a bonded body comprising: a preparation step of preparing a first thermoplastic fiber composite member having a first fiber component mixed with a first thermoplastic matrix resin, and a second thermoplastic fiber composite member having a second fiber component mixed with a second thermoplastic matrix resin; a convex portion forming step of forming convex portions made of the same resin as the first matrix resin on the surface of the first thermoplastic fiber composite member; and a joint forming step of melting the convex portions in a state in which the second thermoplastic fiber composite portion is laminated on the convex portion-forming surface of the first thermoplastic fiber composite member to form a joint joining the first thermoplastic fiber composite member and the second thermoplastic fiber composite member, wherein in the joint forming step, the convex portions are extended in a direction perpendicular to the lamination direction of the second thermoplastic fiber composite member to form an extension portion that is not bonded to the first thermoplastic fiber composite member and extends between the first thermoplastic fiber composite member
- This disclosure provides a bonded body and a method for manufacturing the same that can reduce manufacturing costs while improving the reliability and bonding strength of the bonded body.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a bonded body according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a plan view of the bonded body according to the first embodiment in a separated state.
- 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process for a joined body according to the first embodiment, showing a step of preparing a thermoplastic fiber composite member.
- 5A to 5C are cross-sectional views of the manufacturing process of the bonded body according to the first embodiment, illustrating a step of forming convex portions that become bonding portions.
- 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of the bonded body according to the first embodiment, showing a convex portion melting step of melting a convex portion that becomes a bonding portion.
- 5A to 5C are cross-sectional views of the manufacturing process of the bonded body according to the first embodiment, illustrating a bond portion forming step of the bonded portion.
- 1 is a cross-sectional photograph of a sample of a bonded structure according to the first embodiment.
- 10A to 10C are cross-sectional views of a modified example of the manufacturing process of the bonded body according to the first embodiment, illustrating a bond portion forming step of the bonded portion.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of a bonded body according to a second embodiment.
- FIG. 10 is a plan view of the bonded body according to the second embodiment in a separated state.
- 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a second embodiment, showing a step of forming a convex portion that becomes a bonding portion.
- 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a second embodiment, showing a convex portion melting step of melting a convex portion that becomes a bonding portion.
- 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a second embodiment, showing a bonding portion forming step of a bonding portion.
- FIG. 10 is a plan view of a state in which the bonded body according to a modified example of the second embodiment is separated.
- 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a third embodiment.
- 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a fourth embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of a bonded body according to a fifth embodiment.
- FIG. 13 is a plan view of the bonded body according to the fifth embodiment in a separated state.
- 10A and 10B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a joined body according to a fifth embodiment, showing a step of preparing a thermoplastic fiber composite material.
- FIG. 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a fifth embodiment, showing a step of forming a convex portion that becomes a bonding portion.
- 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a joined body according to a fifth embodiment, illustrating a lamination step of laminating thermoplastic fiber composite members.
- FIG. 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a fifth embodiment, showing a bond forming step of a bonded portion.
- 13 is a cross-sectional photograph of a sample of a bonded structure according to the fifth embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a bonded body according to a sixth embodiment.
- 13 is a plan view of the bonded body according to the sixth embodiment in a separated state.
- 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a sixth embodiment, showing a step of forming a convex portion that becomes a bonding portion.
- 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a joined body according to a sixth embodiment, illustrating a lamination step of laminating thermoplastic fiber composite members.
- FIG. 13A to 13C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a bonded body according to a sixth embodiment, showing a bonding portion forming step of a bonding portion.
- FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of a bonded body according to a sixth embodiment, illustrating the formation of a part of a bonded portion by a first ultrasonic welding.
- FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of a bonded body according to a sixth embodiment, illustrating the formation of a remaining bonded portion by a second ultrasonic welding.
- FIG. 13 is a plan view showing a state in which the bonded body according to the modification of the sixth embodiment is separated.
- 13A to 13C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a bonded body according to the seventh embodiment.
- 13A to 13C are cross-sectional views showing a manufacturing process of a bonded body according to the eighth embodiment.
- 10 is a graph showing test results of samples that are joints according to examples of the present disclosure.
- Figure 1 is a cross-sectional view of the bonded body according to this embodiment.
- Figure 1 is a cross-sectional view along the thickness direction (stacking direction) of the bonded body.
- Figure 2 is a plan view of the bonded body according to this embodiment in a separated state.
- Figure 2 is a plan view of the first thermoplastic fiber member side in a state in which the bonded body is separated at the joint.
- the joined body 1 is a member formed by joining two laminated flat plate members of thermoplastic fiber composite material using a melting process.
- the joined body 1 has a first thermoplastic fiber composite section 2, a second thermoplastic fiber composite section 3, a joint section 4, and an extension section 5. That is, in the joined body 1, the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3, which are made of thermoplastic fiber composite material, are joined via the joint section 4, and three intermittent joint sections 4 and three extension sections 5 extending around each of the joint sections 4 are interposed between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the direction in which the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3 are stacked is referred to as the stacking direction, joining direction, or vertical direction.
- the Z-axis direction is referred to as the stacking direction, joining direction, or vertical direction.
- one direction perpendicular to the Z-axis direction is referred to as the horizontal direction or long side direction
- the other perpendicular direction is referred to as the short side direction.
- the first thermoplastic fiber composite part 2 comprises a first matrix resin 21, which is a thermoplastic resin, and a plurality of first fiber members 22 mixed into the first matrix resin 21.
- the first matrix resin 21 may be, for example, polypropylene, polyethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylic acid, or polyamide, or may be a thermoplastic engineering plastic.
- the thermoplastic engineering plastic may be, for example, aromatic polyetherketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), or polyethersulfone (PES).
- the first fiber members 22 may be, for example, glass fiber, aramid fiber, or carbon fiber.
- the first thermoplastic fiber composite part 2 may be a fiber-reinforced thermoplastic (FRTP) injection-molded using short glass fiber or carbon fiber.
- FRTP fiber-reinforced thermoplastic
- the first thermoplastic fiber composite part 2 is made of glass fiber reinforced thermoplastics (GFRTP)
- carbon fiber is used for the first fiber member 22
- the first thermoplastic fiber composite part 2 is made of carbon fiber reinforced thermoplastics (CFRTP).
- first fiber members 22 are mixed into the first matrix resin 21, but the number is not limited to this.
- the first fiber member 22 located closest to the second thermoplastic fiber composite section 3 i.e., located downward in the stacking direction, which is the Z-axis direction
- the first fiber member 22 is partially curved.
- the first fiber member 22 is curved near each of the three joints 4 and protrudes from the first matrix resin 21 (i.e., the first thermoplastic fiber composite section 2) toward the inside of the joint 4.
- the curved portion of the first fiber member 22 is located inside the joint 4.
- This curvature of the first fiber member 22 creates a common core material within the first matrix resin 21 and the joint 4, enabling the first matrix resin 21 and the joint 4 to be firmly bonded together.
- the other two located away from the second thermoplastic fiber composite portion 3 are not curved in Figure 1, but may be curved like the curved first fiber members 22 described above.
- the second thermoplastic fiber composite section 3 comprises a second matrix resin 31, which is a thermoplastic resin, and a plurality of second fiber members 32 mixed into the second matrix resin 31.
- the second matrix resin 31 may be polypropylene, polyethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylic acid, or polyamide, or it may be a thermoplastic engineering plastic.
- thermoplastic engineering plastics include aromatic polyetherketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), or polyethersulfone (PES).
- the second fiber members 32 may be glass fiber, aramid fiber, or carbon fiber.
- the second thermoplastic fiber composite section may also be composed of a fiber-reinforced thermoplastic plastic (FRTP) injection-molded using short glass fiber or carbon fiber.
- FRTP fiber-reinforced thermoplastic plastic
- the second thermoplastic fiber composite part 3 is made of glass fiber reinforced thermoplastic plastic (GFRTP)
- carbon fiber is used for the second fiber member 32
- the second thermoplastic fiber composite part 3 is made of carbon fiber reinforced thermoplastic plastic (CFRTP).
- the second base resin 31 may be the same resin material as the first base resin 21, or a different resin material.
- the second fibrous member 32 may be the same fiber as the first fibrous member 22, or a different fiber.
- Each of the joints 4 is made of a thermoplastic resin.
- the joints 4 are made of the same resin as the first base resin 21. Furthermore, the joints 4 are formed integrally with the first base resin 21 and the second base resin 31 by a melting process described below. Therefore, the first thermoplastic fiber composite part 2 and the second thermoplastic fiber composite part 3 are joined via the joints 4.
- each of the joints 4 protrudes toward the inside of the second thermoplastic fiber composite part 3, with a portion of it penetrating into the second thermoplastic fiber composite part 3. While the overall shape of the joints 4 is shown as cylindrical in Figures 1 and 2, they may also have various three-dimensional shapes such as hemispheres, cones, truncated cones, prisms, pyramids, and truncated pyramids. Due to this structure and shape, each of the joints 4 interlocks with the second thermoplastic fiber composite part 3. In other words, each of the joints 4 functions as a wedge. This makes it possible to more firmly bond the second base resin 31 and the joints 4.
- the dimension (height) of the joint 4 in the stacking direction may be, for example, 0.1 mm to 5.0 mm, preferably 0.2 mm to 2.0 mm, and more preferably 0.6 mm to 1.0 mm.
- the dimension (height) of the portion that interlocks with the second thermoplastic fiber composite portion 3 may be, for example, 0.02 mm to 0.5 mm, and preferably 0.1 mm to 0.3 mm. Note that, according to the test results described below, the joined body 1 has sufficient joining strength even if there is no portion that interlocks with the second thermoplastic fiber composite portion 3. Therefore, it is assumed that the dimension of the portion that interlocks with the second thermoplastic fiber composite portion 3 needs only to be 0 mm or greater.
- the dimension (diameter) of the joint 4 in the horizontal direction can be adjusted appropriately depending on the materials to be joined and the dimensions of the joined body, and may be, for example, 0.5 mm to 10.0 mm, or 1.0 mm to 5.0 mm.
- the upper limit of the dimension of the joints 4 is preferably approximately 4.5 mm or less. This is because, as the dimensions of the joints 4 become larger, the curvature of the first fibrous substance 22 becomes greater, and the amount of fiber that penetrates into the joints 4 increases, which may actually reduce the bonding strength.
- the lower limit of the dimension of the joints 4 may be approximately 0.5 mm or less. In other words, if the dimensions of the joints 4 are made too small, the anchoring effect of the joints 4 is thought to be reduced. However, even if the dimensions of the joints 4 are made smaller to a certain extent (e.g., smaller than 1.5 mm), the bonding strength is thought to remain approximately constant without decreasing. By adopting such dimensions, it is possible to ensure a sufficient penetration amount of the joints 4 into the second thermoplastic fiber composite portion 3, thereby further increasing the bonding strength of the joints 4 to the second thermoplastic fiber composite portion 3. Furthermore, by adopting such dimensions, the degree of curvature of the first fiber member 22 and the amount of penetration into the joint 4 can be sufficiently ensured.
- the horizontal (X-axis and Y-axis) proportion of the interlocking portion may be 20% to 80% of the total area of the joint 4, and preferably 40% to 60%.
- the horizontal (X-axis and Y-axis) proportion of the interlocking portion of the joint 4 may be 20% to 80% of the horizontal area occupied by the joint 4 and the stretched part 5, and preferably 40% to 60%. Adjusting the amount of interlocking in this way ensures sufficient bonding strength of the joint 4 to the second thermoplastic fiber composite part 3. In particular, in either case, setting the horizontal proportion to approximately 50% optimizes the balance between the amount of interlocking and the amount of stretch, further increasing the bonding strength of the joint 4.
- the curvature of the first fiber member 22 firmly bonds the first base resin 21 to the joint 4, while the interlocking of the joint 4 firmly bonds the second base resin 31 to the joint 4, thereby improving the bonding strength of the bonded body 1.
- the placement of the joint 4 and the penetration of the first fiber member 22 into the joint 4 as it curves make it possible to bond the first thermoplastic fiber composite part 2 and the second thermoplastic fiber composite part 3 more firmly than with general bonding achieved by melting alone.
- the extension section 5 is made of a thermoplastic resin.
- the joint section 4 is made of the same resin as the first base resin 21 and the joint section 4.
- the extension section 5 is formed by extending around the joint section 4, with the joint section 4 as its center. In other words, the extension section 5 spreads out in a substantially annular shape around the joint section 4, and extends between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the extension section 5 remains unjoined to the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the extension section 5 does not contribute to the joining of the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3, but merely fills the gap between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- Providing such an extension section 5 prevents exposure of the joining section 4 and further reduces the amount of exposure at the joining section between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3. This reduces deterioration of the exposed section and improves the reliability of the joined body 1.
- the extension section 5 does not infiltrate the first fiber member 22 in this embodiment because it does not contribute to the joining as described above. However, depending on the condition of the first fiber member 22 and the amount of resin flow, the first fiber member 22 may infiltrate the extension section 5.
- Figure 3 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the preparation process of a thermoplastic fiber composite member.
- Figure 4 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the convex portion forming process of the convex portion that will become the bond portion.
- Figure 5 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the convex portion melting process of melting the convex portion that will become the bond portion.
- Figure 6 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the bond portion forming process of the bond portion.
- Figure 7 is a cross-sectional photograph of a sample of the bonded body 1 according to this embodiment.
- thermoplastic fiber composite member 20 is prepared by mixing first fiber members 22 into a thermoplastic first matrix resin 21, and a flat plate-shaped second thermoplastic fiber composite member 30 is prepared by mixing second fiber members 32 into a thermoplastic second matrix resin 31 (Figure 3: Preparation process).
- first thermoplastic fiber composite member 20 becomes the first thermoplastic fiber composite part 2 described above
- second thermoplastic fiber composite member 30 becomes the second thermoplastic fiber composite part 3 described above.
- convex portions 40 made of the same resin as the first base resin 21 are intermittently formed on one surface 20a of the first thermoplastic fiber composite member 20 (Figure 4: convex portion forming process).
- the convex portions 40 will become the joints 4 described above. Therefore, in a plan view, the convex portions 40 are formed at the positions of the joints 4 as shown in Figure 2.
- the convex portions 40 can be formed by spot-applying a desired amount of thermoplastic resin to the area where the joints 4 are to be formed, for example.
- recesses can be formed in advance on the surface 20a where the resin for the convex portions 40 will be applied, making the resin application easier. In such cases, the recesses may remain in the first thermoplastic fiber composite portion 2 of the finally completed joined body 1.
- the overall shape of the protrusion 40 can be various three-dimensional shapes, such as a cylindrical shape, a hemispherical shape, a cone shape, a truncated cone shape, a prismatic shape, a pyramidal shape, or a truncated pyramidal shape.
- shapes such as a hemispherical shape, a cone shape, or a pyramidal shape facilitate realizing the wedge function of the joint 4.
- the dimension (height) of the protrusion 40 may be, for example, 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, preferably 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and more preferably 0.5 mm or more and 1.2 mm or less.
- the dimension (area) of the protrusion 40 in the horizontal direction may be 0.2 mm or more and 30 mm or less, preferably 0.8 mm or more and 20 mm or less. These dimensions are preferably set taking into consideration the melting of the protrusion 40, which will be described later. Therefore, the dimensions of the protrusion are determined based on the final dimensions of the joint 4 and the method and conditions of the melting treatment.
- thermoplastic fiber composite member 20 and the surface 30a of the second thermoplastic fiber composite member 30 are placed opposite each other, and an infrared welding heater 60 is inserted between them ( Figure 5).
- the heater 60 irradiates the protrusions 40 with infrared rays, heating and melting them.
- pressure is applied from the surface 20b side of the first thermoplastic fiber composite member 20, causing the protrusions 40 to come into contact with and be welded to the second thermoplastic fiber composite member 30.
- the protrusions 40 are integrated and blended with the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30.
- the protrusions 40 then function as joints 4, joining the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30 (joint formation process).
- pressure is applied from the surface 20b side of the first thermoplastic fiber composite member 20, but this is not limited to this; pressure may also be applied from the surface 30b side of the second thermoplastic fiber composite member 30, or from both sides.
- the protrusions 40 are pressed from the first thermoplastic fiber composite member 20 toward the second thermoplastic fiber composite member 30, the protrusions 40 are more likely to displace into the interior of the second thermoplastic fiber composite member 30 in the areas where melting has occurred. As a result, the protrusions 40 protrude toward the interior of the second thermoplastic fiber composite member 30 and engage with it.
- this protrusion of the convex portions 40 causes the first base resin 21 to flow toward the convex portions 40 near the convex portions 40, bending the first fiber members 22 near the convex portions 40.
- the first fiber members 22 protrude and penetrate into the interior of the convex portions 40 (i.e., the joints 4) in response to the displacement of the first fiber members 22 associated with this flow.
- the convex portions 40 because the convex portions 40 are scattered, the first fiber members 22 do not bend overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 30.
- the convex portion 40 melts, it spreads to its surroundings due to pressure from the first thermoplastic fiber composite member 20. In other words, the convex portion 40 stretches horizontally in the second thermoplastic fiber composite member 30. At this time, the portion where the convex portion 40 stretches does not generate enough heat to cause the stretched resin to mix with the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30, so the stretched portion remains unbonded to the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30, thereby forming the stretched portion 5.
- the convex portions 40 melt and penetrate, the first fiber component 22 bends, and the convex portions 40 extend, completing the joining of the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30, and producing the joined body 1 as shown in Figure 1.
- the first thermoplastic fiber composite portion 2 and the second thermoplastic fiber composite portion 3 are joined by the joining portion 4, and an extension portion 5 is formed around the joining portion 4.
- Figure 7 shows a photograph of the cross section of an actual manufactured joined structure 1 according to this embodiment, cut along the lamination direction (Z-axis direction) and then photographed.
- Figure 7 shows that a joint 4 and an extension 5 are formed between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the overall shape of the joint 4 is conical, and that it protrudes toward and engages with the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the first fiber member 22, indicated by the dotted line is partially curved, and that the curved portion extends into the joint 4.
- each of the joints 4 engages with the second thermoplastic fiber composite portion 3 and functions as a wedge, thereby more firmly bonding the second base resin 31 to the joints 4. Furthermore, the curvature of the first fiber component 22 and its protrusion toward the joints 4 also firmly bond the first base resin 21 to the joints 4. This improves the bonding strength of the bonded body 1.
- the bonded portions 4 are not formed over the entire surface of the first thermoplastic fiber composite portion 2, but are formed so that the bonded portions 4 are intermittently and locally scattered. This makes it possible to reduce the amount of resin used as the bonding material, thereby also reducing the costs associated with manufacturing the bonded body 1.
- thermoplastic fiber composite section 2 Furthermore, by forming an unbonded extension section 5 between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3, the amount of exposure at the bonded section between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3 is reduced, improving the reliability of the bonded body 1.
- each of the joints 4 interlocks with the second thermoplastic fiber composite part 3, but the joints 4 may be joined to the surface of the second thermoplastic fiber composite part 3 and not interlock with the second thermoplastic fiber composite part 3. Even in such a case, since the material of the joints 4 and the material of the base material of the first thermoplastic fiber composite part 2 are the same, sufficient bonding strength for the joined body 1 can be ensured.
- the manufacturing method of the joined body 1 involves a single infrared welding process using a relatively large heater 60.
- multiple infrared welding processes may be performed depending on the dimensions of the joined body 1 and heater 60.
- the protrusions 40 are formed intermittently and locally, once-melted protrusions 40 are not subjected to a second infrared welding process, and damage to the joint 4 is suppressed.
- temperature unevenness due to factors such as irradiation distance can be reduced, allowing the joint strength at the joint surface to be maintained uniform.
- thermoplastic fiber composite members 20 and two second thermoplastic fiber composite members 30 were stacked and joined together, but three or more thermoplastic fiber composite members may also be stacked and joined together.
- infrared rays are irradiated onto the protrusions 40 by the heater 60, but as shown in Figure 8, the surface 30a of the second thermoplastic fiber composite member 30 may also be irradiated.
- the second thermoplastic fiber composite member 30 is also heated and melted, making it easier to bond the protrusions 40 and the second thermoplastic fiber composite member 30 together as a single unit.
- Second Embodiment In the first embodiment, the arrangement and number of the joints 4 were adjusted so that the extension sections 5 extending from each joint 4 would not come into contact with each other, but the extension sections 5 may come into contact with each other to form a single extension region. Such a case will be described below as the second embodiment. Note that the same structures or materials as those in the first embodiment will be given the same names and detailed descriptions will be omitted, and differences will be described in detail.
- Fig. 9 is a cross-sectional view of the bonded body of this embodiment.
- Fig. 9 is a cross-sectional view along the thickness direction (stacking direction) of the bonded body, similar to Fig. 1.
- Fig. 10 is a plan view of the bonded body of this embodiment in a separated state.
- Fig. 10 is a plan view of the first thermoplastic fiber member side in a state in which the bonded body is separated at the joint.
- the joined body 101 has a first thermoplastic fiber composite section 102, a second thermoplastic fiber composite section 103, a joint section 104, and an extension section 105.
- the joined body 101 joins a first thermoplastic fiber composite section 102 and a second thermoplastic fiber composite section 103 made of a thermoplastic fiber composite material.
- the joined body 101 joins a first thermoplastic fiber composite section 102 and a second thermoplastic fiber composite section 103 made of a thermoplastic fiber composite material.
- resin stretched from adjacent joint sections 104 comes into contact with each other, forming a single extension section 105.
- the first thermoplastic fiber composite section 102 comprises a first matrix resin 121, which is a thermoplastic resin, and a plurality of first fiber members 122 mixed into the first matrix resin 121.
- first matrix resin 121 which is a thermoplastic resin
- first fiber member 122 located closest to the second thermoplastic fiber composite section 103 protrudes from the first matrix resin 121 toward the inside of the joint 104. That is, the first fiber member 122 protrudes in a larger area than the first fiber member 22 in the first embodiment.
- This curvature of the first fiber member 122 results in a common core material being present within the first matrix resin 121 and the joint 104, enabling a strong bond between the first matrix resin 121 and the joint 104.
- the second thermoplastic fiber composite portion 103 comprises a second matrix resin 131, which is a thermoplastic resin, and a plurality of second fiber members 132 mixed into the second matrix resin 131.
- the second matrix resin 131 may be the same resin material as the first matrix resin 121, or a different resin material.
- the second fiber members 132 may be the same fiber as the first fiber members 122, or a different fiber.
- each of the joints 104 is made of the same resin as the first base resin 121. Furthermore, the joints 104 are integrally formed with the first base resin 121 and the second base resin 131 by a melting process described below. Therefore, the first thermoplastic fiber composite portion 102 and the second thermoplastic fiber composite portion 103 are joined via the joints 104.
- the shape, dimensions, and engagement amount of the joint 104 are the same as those of the joint 4 in the first embodiment. Therefore, its function as a wedge is also the same, and the second base resin 131 and the joint 104 are more firmly joined. Furthermore, the degree of curvature of the first fiber component 122 and the amount of penetration into the joint 104 are sufficiently ensured, and the joining strength of the joint 104 to the first thermoplastic fiber composite part 102 is also sufficiently ensured.
- the extension section 105 is made of the same resin as the first base resin 121 and the joint section 104. As can be seen from Figure 10, the extension section 105 is formed integrally by the resin extending around the joint section 104, with the resin extending from other nearby joint sections 104 coming into contact with each other. In other words, while the extension sections 105 were separate in the first embodiment, in this embodiment, the extension sections 105 are joined together to form a single extension region. Such extension sections 105 fill the gaps between nearby joint sections 104, further reducing deterioration of exposed areas and further improving the reliability of the joined body 101.
- Figure 11 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 101 according to this embodiment, showing a convex portion forming step of the convex portion that will become the bond portion.
- Figure 12 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 101 according to this embodiment, showing a convex portion melting step of melting the convex portion that will become the bond portion.
- Figure 13 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the bonded body 101 according to this embodiment, showing a bond portion forming step of the bond portion.
- a flat plate-shaped first thermoplastic fiber composite member 120 is prepared in which first fiber members 122 are mixed with a thermoplastic first matrix resin 121, and a flat plate-shaped second thermoplastic fiber composite member 130 is prepared in which second fiber members 132 are mixed with a thermoplastic second matrix resin 131 (preparation process).
- first thermoplastic fiber composite member 120 becomes the first thermoplastic fiber composite part 102 described above
- second thermoplastic fiber composite member 130 becomes the second thermoplastic fiber composite part 103 described above.
- convex portions 140 made of the same resin as the first base resin 121 are intermittently formed on one surface 120a of the first thermoplastic fiber composite member 120 (Figure 11: convex portion forming process).
- the convex portions 140 become the joints 104 described above. Therefore, in a plan view, the convex portions 140 are formed at the positions of the joints 104 as shown in Figure 10.
- the shape and dimensions of the convex portions 140 are the same as the convex portions 40 of the first embodiment, with only the location of their placement being different.
- the surface 120a of the first thermoplastic fiber composite member 120 and the surface 130a of the second thermoplastic fiber composite member 130 are placed opposite each other, and an infrared welding heater 160 is inserted between them (Figure 12).
- the heater 160 irradiates the protrusions 140 with infrared rays, heating and melting them.
- a small heater 160 is used, and the welding process using infrared radiation is performed in two stages. Therefore, the heater 160 first irradiates infrared rays on half of the six protrusions 140 (one half on one side in the horizontal direction), melting these three protrusions 140.
- the heater 160 moves horizontally (in the X-axis direction) and irradiates infrared rays on the remaining half of the six protrusions 140 (the opposite half in the horizontal direction). These remaining three protrusions then melt.
- thermoplastic fiber composite member 120 pressure is applied from the surface 120b side of the first thermoplastic fiber composite member 120, causing the convex portion 140 to contact and weld to the second thermoplastic fiber composite member 130.
- the convex portion 140 is integrated and mixed with the first thermoplastic fiber composite member 120 and the second thermoplastic fiber composite member 130.
- the convex portion 140 then serves as the joint 104, joining the first thermoplastic fiber composite member 120 and the second thermoplastic fiber composite member 130 (joint forming process).
- pressure is applied from the surface 120b side of the first thermoplastic fiber composite member 120 in this embodiment, but this is not limited to this; pressure may also be applied from the surface 130b side of the second thermoplastic fiber composite member 130, or pressure may be applied from both sides.
- the six protrusions 140 protrude toward and engage with the interior of the second thermoplastic fiber composite member 130, while the first fiber member 122 protrudes into and penetrates the interior of the protrusions 140. Furthermore, the six protrusions 140 extend horizontally in the second thermoplastic fiber composite member 130, forming portions that become extension portions 105.
- the protrusions 140 are scattered throughout, so the first fiber member 122 does not bend overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 130. Furthermore, the resin stretched from the protrusions 140 comes into contact with each other, forming an extension region that is a single extension portion 105.
- the welding process using this infrared welder causes the convex portions 140 to melt and penetrate, the first fiber component 122 to bend, and the convex portions 140 to stretch, completing the joining of the first thermoplastic fiber composite component 120 and the second thermoplastic fiber composite component 130, resulting in the production of a joined body 101 as shown in FIG. 9.
- the first thermoplastic fiber composite component 102 and the second thermoplastic fiber composite component 103 are joined by the joining portion 104, and an extension portion 105 is formed around the joining portion 104.
- the present embodiment differs in the number and location of the bonded portions 104, it has the same configuration as the bonded body 1 according to the first embodiment, and therefore, for the same reasons as the bonded body 1, the bond strength of the bonded body 101 is improved.
- the bonded portions 104 are formed so as to be intermittently and locally scattered rather than over the entire surface of the first thermoplastic fiber composite portion 102, which reduces the amount of resin used as the bonding material and also reduces the cost of manufacturing the bonded body 1. Furthermore, the scattered presence of the protruding portions 140 that become the bonded portions 104 prevents the protruding portions 140 from being damaged even during multiple welding processes using the infrared welding heater 160, thereby improving the reliability of the bonded body 101.
- the extension portion 105 which is a single expanded extension region, fills the gaps between nearby joined portions 104, further reducing deterioration of the exposed portions and further improving the reliability of the joined body 101.
- the extending portion 105 forms a rectangular extending region, but this is not limiting.
- the extending portion 105 may be formed to form an annular extending region.
- Fig. 14 is a plan view of a bonded body 101 according to a modified example of the second embodiment in a separated state.
- thermoplastic fiber composite member 130 In the manufacturing method of the bonded body 101 in the above-described embodiment, infrared rays are irradiated onto the convex portions 140 by the heater 160, but as in a modified example of the first embodiment ( Figure 8), the surface 130a of the second thermoplastic fiber composite member 130 may also be irradiated. By irradiating the second thermoplastic fiber composite member 130 with infrared rays in this manner, the second thermoplastic fiber composite member 130 is also heated and melted, making it easier to bond the convex portions 140 and the second thermoplastic fiber composite member 130 together.
- extension sections 105' areas indicated by dotted lines
- area 107 where the resin that is the material of extension section 105' is not extended.
- Area 107 is a closed space surrounded by extension section 105', first thermoplastic fiber composite member 120, and second thermoplastic fiber composite member 130. In other words, area 107 is an enclosed space.
- extension section 105' and the sealed region 107 in this way, it is possible to manufacture a bonded body suitable for a variety of uses.
- this region 107 can be used to mount a sensor or other electronic component in the center of the bonded body, without filling it with resin and without contacting the outside air.
- this method can also be applied in such cases.
- the flat-plate-shaped joined body 1 was formed using the flat-plate-shaped first thermoplastic fiber composite member 20 and the flat-plate-shaped second thermoplastic fiber composite member 30, but the thermoplastic fiber composite members and the joined body may be curved. Such a case will be described as the third embodiment with reference to Fig. 15 .
- Fig. 15 is a cross-sectional view of a manufacturing process for the joined body according to the third embodiment. Note that the same structures or materials as those in the first embodiment will be given the same names and detailed descriptions will be omitted, and differences will be described in detail.
- a wavy first thermoplastic fiber composite member 220 is prepared by mixing first fiber members 222 into a thermoplastic first matrix resin 221, and a wavy second thermoplastic fiber composite member 230 is prepared by mixing second fiber members 232 into a thermoplastic second matrix resin 231.
- convex portions 240 made of the same resin as the first matrix resin 221 are intermittently formed on one surface 220a of the first thermoplastic fiber composite member 220.
- cone-shaped convex portions 240 are formed in the wavy peaks and valleys. The preparation process and convex portion formation process for each thermoplastic fiber composite member are performed in the same manner as in the first embodiment.
- the surface 220a of the first thermoplastic fiber composite member 220 and the surface 230a of the second thermoplastic fiber composite member 230 are placed opposite each other, and an infrared welding heater 260 is inserted between them.
- the heater 260 irradiates infrared rays toward the protrusions 240, heating and melting the protrusions 240.
- a small heater 260 is used that can perform welding processing on a single protrusion 240. Therefore, the area around the protrusions 240 can be locally heated by infrared irradiation, and each of the protrusions 240 can be melted.
- thermoplastic fiber composite member 220 pressure is applied from the surface 220b side of the first thermoplastic fiber composite member 220, causing the protrusions 240 to contact and weld to the second thermoplastic fiber composite member 230.
- the protrusions 240 are integrated and blended with the first thermoplastic fiber composite member 220 and the second thermoplastic fiber composite member 230.
- the protrusions 240 then function as the joining portion 204, joining the first thermoplastic fiber composite member 220 and the second thermoplastic fiber composite member 230.
- pressure may be applied from the surface 230b side of the second thermoplastic fiber composite member 230, or from both sides.
- the first thermoplastic fiber composite member 220 becomes the first thermoplastic fiber composite section 202
- the second thermoplastic fiber composite member 230 becomes the second thermoplastic fiber composite section 203.
- the protrusions 240 are scattered throughout, so the first fiber member 222 does not curve overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 230.
- the welding process using this infrared welder causes the convex portions 240 to melt and penetrate, the first fiber member 222 to bend, and the convex portions 240 to stretch.
- a joined body 201 such as that shown in the lower part of Figure 15 is produced.
- the first thermoplastic fiber composite portion 202 and the second thermoplastic fiber composite portion 203 are joined by the joining portion 204, and an extension portion 205 is formed around the joining portion 204.
- infrared rays are irradiated onto the convex portions 240 by the heater 260, but as in a modified example of the first embodiment ( Figure 8), the surface 230a of the second thermoplastic fiber composite member 230 may also be irradiated.
- the second thermoplastic fiber composite member 230 is also heated and melted, making it easier to join the convex portions 240 and the second thermoplastic fiber composite member 230 together as a single unit.
- the joined body 201 was formed using a wavy first thermoplastic fiber composite member 220 and a wavy second thermoplastic fiber composite member 230, but each thermoplastic fiber composite member may have a bent shape.
- the convex portion serving as the joining portion was formed on only one of the thermoplastic fiber composite members, but it may be formed on both thermoplastic fiber composite members. This case will be described as the fourth embodiment with reference to FIG. 16 .
- FIG. 16 is a cross-sectional view of a manufacturing process for a joined body according to this embodiment. Note that the same structures or materials as those in the first embodiment are given the same names and detailed descriptions are omitted, and differences will be described in detail.
- an L-shaped first thermoplastic fiber composite member 320 is prepared by mixing first fiber members 322 with a thermoplastic first matrix resin 321
- an L-shaped second thermoplastic fiber composite member 330 is prepared by mixing second fiber members 332 with a thermoplastic second matrix resin 331.
- a convex portion 340 made of the same resin as the first matrix resin 321 is formed on one surface 320a of the first thermoplastic fiber composite member 320
- two convex portions 341 made of the same resin as the second matrix resin 331 are formed on one surface 330a of the second thermoplastic fiber composite member 330.
- a convex portion 340 is formed at the bent portion of the first thermoplastic fiber composite member 320, and convex portions 341 are formed at both ends of the second thermoplastic fiber composite member 330.
- the preparation process and convex portion formation process for each thermoplastic fiber composite member are performed in the same manner as in the first embodiment.
- the convex portion 341 corresponds to an additional convex portion.
- the surface 320a of the first thermoplastic fiber composite member 320 and the surface 330a of the second thermoplastic fiber composite member 330 are placed opposite each other, and an infrared welding heater 360 is inserted between them.
- the heater 360 sequentially irradiates the protrusions 340, 341 with infrared rays, heating and melting them.
- a small heater 360 is used that can perform welding on a single protrusion 340, 341. This allows the area around the protrusions 340, 341 to be locally heated by infrared irradiation, melting each of the protrusions 340, 341.
- the heater 360 sequentially irradiates each of the protrusions 340, 341 with infrared rays, but this is not limited to this.
- the heater 360 may be made larger within the range that allows it to be inserted, or infrared rays may be irradiated from both sides of the heater 360, melting multiple protrusions simultaneously.
- the protrusions 340 (joining portions 304a) protrude toward and engage with the interior of the second thermoplastic fiber composite member 330, while the first fiber member 322 protrudes and penetrates into the interior of the protrusions 340.
- the protrusions 341 protrude toward and engage with the interior of the first thermoplastic fiber composite member 320, while the second fiber member 332 protrudes and penetrates into the interior of the protrusions 341. Furthermore, the protrusions 340, 341 extend along the joining surfaces between the first thermoplastic fiber composite member 320 and the second thermoplastic fiber composite member 330, forming three extensions 305 centered on the protrusions 340, 341.
- the first thermoplastic fiber composite member 320 and the second thermoplastic fiber composite member 330 are joined together, with the convex portion 340 serving as the joining portion 304a and the convex portion 341 serving as the joining portion 304b, and the first thermoplastic fiber composite member 320 becomes the first thermoplastic fiber composite portion 302, and the second thermoplastic fiber composite member 330 becomes the second thermoplastic fiber composite portion 303. Also in this embodiment, because the convex portions 340, 341 are scattered, the first fiber component 322 does not curve overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 330, and the second fiber component 332 does not curve overall and protrude toward the first thermoplastic fiber composite member 320.
- the welding process using this infrared welder causes the convex portions 340, 341 to melt and penetrate, the first fiber member 322 and the second fiber member 332 to bend, and the convex portions 340, 341 to stretch.
- a joined body 301 such as that shown in the lower part of Figure 16 is produced. That is, the first thermoplastic fiber composite portion 302 and the second thermoplastic fiber composite portion 303 are joined by joints 304a, 304b, and extension portions 305 are formed around each of the joints 304a, 304b.
- joint 304b corresponds to the additional joint
- extension portion 305 formed around joint 304b corresponds to the additional extension portion.
- the joining portions 304a, 304b protrude toward and engage with the two first thermoplastic fiber composite portions 302 and second thermoplastic fiber composite portions 303 that make up the joined body 301, thereby further increasing the joining strength of the joined body 301.
- the fiber components of the two first thermoplastic fiber composite members 320 and second thermoplastic fiber composite members 330 that make up the joined body 301 penetrate into the joining portions 304a, 304b, thereby further increasing the joining strength of the joined body 301.
- the three extension sections 305 may also be connected to each other to form a single extension region. This reduces the amount of exposure of the first thermoplastic fiber composite section 302 and the second thermoplastic fiber composite section 303, thereby improving the reliability of the joined body 301.
- infrared rays are irradiated onto the convex portions 340, 341 by the heater 360.
- the surface 330a of the second thermoplastic fiber composite member 330 and the surface 320a of the first thermoplastic fiber composite member 320 may also be irradiated. This infrared irradiation heats and melts the second thermoplastic fiber composite member 330 and the first thermoplastic fiber composite member 320, making it easier to integrate the convex portions 340 and the second thermoplastic fiber composite member 330, and to integrate and join the convex portions 341 and the first thermoplastic fiber composite member 320.
- thermoplastic composite members are joined by infrared welding, but they may also be joined by ultrasonic welding. Such cases will be described below as fifth to eighth embodiments.
- Fig. 17 is a cross-sectional view of the joined body according to this embodiment.
- Fig. 17 is a cross-sectional view taken along the thickness direction (stacking direction) of the joined body.
- Fig. 18 is also a plan view of the joined body according to this embodiment in a separated state.
- Fig. 18 is a plan view of the first thermoplastic fiber member side in a state in which the joined body is separated at the joint.
- the joined body 1 is a member formed by joining two laminated flat plate members of thermoplastic fiber composite material by melt processing.
- the joined body 1 has a first thermoplastic fiber composite section 2, a second thermoplastic fiber composite section 3, a joint section 4, and an extension section 5. That is, in the joined body 1, the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3, which are made of thermoplastic fiber composite material, are joined via the joint section 4, and three intermittent joint sections 4 and three extension sections 5 extending around each of the joint sections 4 are interposed between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the direction in which the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3 are stacked is referred to as the stacking direction, joining direction, or vertical direction.
- the Z-axis direction is referred to as the stacking direction, joining direction, or vertical direction.
- one direction perpendicular to the Z-axis direction is referred to as the horizontal direction or long side direction
- the other perpendicular direction is referred to as the short side direction.
- the first thermoplastic fiber composite part 2 comprises a first matrix resin 21, which is a thermoplastic resin, and a plurality of first fiber members 22 mixed into the first matrix resin 21.
- the first matrix resin 21 may be, for example, polypropylene, polyethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylic acid, or polyamide, or may be a thermoplastic engineering plastic.
- the thermoplastic engineering plastic may be, for example, aromatic polyetherketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), or polyethersulfone (PES).
- the first fiber members 22 may be, for example, glass fiber, aramid fiber, or carbon fiber.
- the first thermoplastic fiber composite part 2 may be a fiber-reinforced thermoplastic (FRTP) injection-molded using short glass fiber or carbon fiber.
- FRTP fiber-reinforced thermoplastic
- the first thermoplastic fiber composite part 2 is made of glass fiber reinforced thermoplastics (GFRTP)
- carbon fiber is used for the first fiber member 22
- the first thermoplastic fiber composite part 2 is made of carbon fiber reinforced thermoplastics (CFRTP).
- first fiber members 22 are mixed into the first matrix resin 21, but the number is not limited to this.
- the first fiber member 22 located closest to the second thermoplastic fiber composite section 3 i.e., located downward in the stacking direction, which is the Z-axis direction
- the first fiber member 22 is partially curved.
- the first fiber member 22 is curved near each of the three joints 4 and protrudes from the first matrix resin 21 (i.e., the first thermoplastic fiber composite section 2) toward the inside of the joint 4.
- the curved portion of the first fiber member 22 is located inside the joint 4.
- This curvature of the first fiber member 22 creates a common core material within the first matrix resin 21 and the joint 4, enabling the first matrix resin 21 and the joint 4 to be firmly bonded together.
- the other two located away from the second thermoplastic fiber composite portion 3 are not curved in Figure 17, but may be curved like the curved first fiber members 22 described above.
- the second thermoplastic fiber composite section 3 comprises a second matrix resin 31, which is a thermoplastic resin, and a plurality of second fiber members 32 mixed into the second matrix resin 31.
- the second matrix resin 31 may be polypropylene, polyethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyacrylic acid, or polyamide, or it may be a thermoplastic engineering plastic.
- thermoplastic engineering plastics include aromatic polyetherketone (PAEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), or polyethersulfone (PES).
- the second fiber members 32 may be glass fiber, aramid fiber, or carbon fiber.
- the second thermoplastic fiber composite section may also be composed of a fiber-reinforced thermoplastic plastic (FRTP) injection-molded using short glass fiber or carbon fiber.
- FRTP fiber-reinforced thermoplastic plastic
- the second thermoplastic fiber composite part 3 is made of glass fiber reinforced thermoplastic plastic (GFRTP)
- carbon fiber is used for the second fiber member 32
- the second thermoplastic fiber composite part 3 is made of carbon fiber reinforced thermoplastic plastic (CFRTP).
- the second base resin 31 may be the same resin material as the first base resin 21, or a different resin material.
- the second fibrous member 32 may be the same fiber as the first fibrous member 22, or a different fiber.
- Each of the joints 4 is made of a thermoplastic resin.
- the joints 4 are made of the same resin as the first base resin 21. Furthermore, the joints 4 are formed integrally with the first base resin 21 and the second base resin 31 by a melting process described below. Therefore, the first thermoplastic fiber composite part 2 and the second thermoplastic fiber composite part 3 are joined via the joints 4.
- each of the joints 4 protrudes toward the inside of the second thermoplastic fiber composite part 3, with a portion of it penetrating into the second thermoplastic fiber composite part 3. While the overall shape of the joints 4 is shown as cylindrical in Figures 1 and 2, they may also have various three-dimensional shapes such as hemispheres, cones, truncated cones, prisms, pyramids, and truncated pyramids. Due to this structure and shape, each of the joints 4 interlocks with the second thermoplastic fiber composite part 3. In other words, each of the joints 4 functions as a wedge. This makes it possible to more firmly bond the second base resin 31 and the joints 4.
- the dimension (height) of the joint 4 in the stacking direction may be, for example, 0.1 mm to 5.0 mm, or 0.14 mm to 2.0 mm, and preferably 0.2 mm to 1.2 mm.
- the dimension (height) of the portion that engages with the second thermoplastic fiber composite portion 3 may be, for example, 0.02 mm to 0.5 mm, or preferably 0.1 mm to 0.3 mm.
- the dimension (diameter) of the joint 4 in the horizontal direction can be adjusted appropriately depending on the materials to be joined and the dimensions of the joined body, but may be, for example, 0.5 mm to 10.0 mm, or preferably 1.0 mm to 5.0 mm.
- the horizontal (X-axis and Y-axis) proportion of the interlocking portion may be 20% to 80% of the total area of the joint 4, and preferably 40% to 60%.
- the horizontal (X-axis and Y-axis) proportion of the interlocking portion of the joint 4 may be 20% to 80% of the horizontal area occupied by the joint 4 and the stretched part 5, and preferably 40% to 60%. Adjusting the amount of interlocking in this way ensures sufficient bonding strength of the joint 4 to the second thermoplastic fiber composite part 3. In particular, in either case, setting the horizontal proportion to approximately 50% optimizes the balance between the amount of interlocking and the amount of stretching, further increasing the bonding strength of the joint 4.
- the curvature of the first fiber member 22 firmly bonds the first base resin 21 to the joint 4, while the interlocking of the joint 4 firmly bonds the second base resin 31 to the joint 4, thereby improving the bonding strength of the bonded body 1.
- the placement of the joint 4 and the penetration of the first fiber member 22 into the joint 4 as it curves make it possible to bond the first thermoplastic fiber composite part 2 and the second thermoplastic fiber composite part 3 more firmly than with general bonding achieved by melting alone.
- the extension section 5 is made of a thermoplastic resin.
- the joint section 4 is made of the same resin as the first base resin 21 and the joint section 4.
- the extension section 5 is formed by extending around the joint section 4, with the joint section 4 as its center. In other words, the extension section 5 spreads out in a substantially annular shape around the joint section 4, and extends between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the extension section 5 remains unjoined to the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the extension section 5 does not contribute to the joining of the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3, but merely fills the gap between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- Providing such an extension section 5 prevents exposure of the joining section 4 and further reduces the amount of exposure at the joining section between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3. This reduces deterioration of the exposed section and improves the reliability of the joined body 1.
- the extension section 5 does not infiltrate the first fiber member 22 in this embodiment because it does not contribute to the joining as described above. However, depending on the condition of the first fiber member 22 and the amount of resin flow, the first fiber member 22 may infiltrate the extension section 5.
- Figure 19 is a cross-sectional view of a manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the step of preparing a thermoplastic fiber composite material.
- Figure 20 is a cross-sectional view of a manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the step of forming a convex portion that will become a bonded portion.
- Figure 21 is a cross-sectional view of a manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the lamination step of laminating thermoplastic fiber composite materials.
- Figure 22 is a cross-sectional view of a manufacturing process of the bonded body 1 according to this embodiment, showing the step of forming a bonded portion. Furthermore, Figure 23 is a cross-sectional photograph of a sample of the bonded body 1 according to this embodiment.
- thermoplastic fiber composite member 20 is prepared by mixing first fiber members 22 into a thermoplastic first matrix resin 21, and a flat plate-shaped second thermoplastic fiber composite member 30 is prepared by mixing second fiber members 32 into a thermoplastic second matrix resin 31 (Figure 19: Preparation process).
- first thermoplastic fiber composite member 20 becomes the first thermoplastic fiber composite part 2 described above
- second thermoplastic fiber composite member 30 becomes the second thermoplastic fiber composite part 3 described above.
- convex portions 40 made of the same resin as the first base resin 21 are intermittently formed on one surface 20a of the first thermoplastic fiber composite member 20 (Figure 20: convex portion forming process).
- the convex portions 40 will become the joints 4 described above. Therefore, in a plan view, the convex portions 40 are formed at the positions of the joints 4 as shown in Figure 18.
- the convex portions 40 can be formed by spot-applying a desired amount of thermoplastic resin to the area where the joints 4 are desired to be formed, for example.
- recesses can be formed in advance on the surface 20a where the resin for the convex portions 40 will be applied, making the application of the resin easier. In such cases, the recesses may remain in the first thermoplastic fiber composite portion 2 of the finally completed joined body 1.
- the overall shape of the protrusion 40 can be various three-dimensional shapes, such as a cylindrical shape, a hemispherical shape, a cone shape, a truncated cone shape, a prismatic shape, a pyramidal shape, or a truncated pyramidal shape.
- shapes such as a hemispherical shape, a cone shape, or a pyramidal shape facilitate realizing the wedge function of the joint 4.
- the dimension (height) of the protrusion 40 may be, for example, 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, preferably 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and more preferably 0.5 mm or more and 1.2 mm or less.
- the dimension (area) of the protrusion 40 in the horizontal direction may be 0.2 mm or more and 30 mm or less, preferably 0.8 mm or more and 20 mm or less. These dimensions are preferably set taking into consideration the melting of the protrusion 40, which will be described later. Therefore, the dimensions of the protrusion are determined based on the final dimensions of the joint 4 and the method and conditions of the melting treatment.
- thermoplastic fiber composite member 20 is opposed to the surface 30a of the second thermoplastic fiber composite member 30 ( Figure 21), and the first thermoplastic fiber composite member 20 is laminated on the second thermoplastic fiber composite member 30 so that the convex portion 40 is sandwiched between the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30.
- this laminated state will also be referred to as a laminate intermediate.
- an ultrasonic welding horn 70 is pressed against the surface 20b of the first thermoplastic fiber composite member 20, and ultrasonic vibrations are applied to the laminated intermediate. Because the first thermoplastic fiber composite member 20 and the protruding portion 40 are already integrated, the ultrasonic vibrations are transmitted to the protruding portion 40 via the first thermoplastic fiber composite member 20, generating frictional heat between the second thermoplastic fiber composite member 30 and the protruding portion 40. This causes the protruding portion 40 to melt and become integrated with the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30, mixing them together. The protruding portion 40 then serves as the joint 4, joining the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30 (joint formation process).
- the protrusions 40 are pressed from the first thermoplastic fiber composite member 20 toward the second thermoplastic fiber composite member 30, the protrusions 40 are more likely to displace into the interior of the second thermoplastic fiber composite member 30 in the areas where the frictional heat described above is generated. As a result, the protrusions 40 protrude toward the interior of the second thermoplastic fiber composite member 30 and engage with it.
- this protrusion of the convex portions 40 causes the first base resin 21 to flow toward the convex portions 40 near the convex portions 40, bending the first fiber members 22 near the convex portions 40.
- the first fiber members 22 protrude and penetrate into the interior of the convex portions 40 (i.e., the joints 4) in response to the displacement of the first fiber members 22 associated with this flow.
- the convex portions 40 because the convex portions 40 are scattered, the first fiber members 22 do not bend overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 30.
- the convex portion 40 melts, it spreads to its surroundings due to the pressure of the horn 70. In other words, the convex portion 40 stretches horizontally in the second thermoplastic fiber composite member 30. At this time, in the portion where the convex portion 40 stretches, frictional heat sufficient to cause the stretched resin to mix with the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30 is not generated, so the stretched portion remains unbonded to the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30, thereby forming the stretched portion 5.
- the convex portions 40 melt and penetrate, the first fiber component 22 bends, and the convex portions 40 extend, completing the joining of the first thermoplastic fiber composite member 20 and the second thermoplastic fiber composite member 30, and producing a joined body 1 as shown in Figure 1.
- the first thermoplastic fiber composite portion 2 and the second thermoplastic fiber composite portion 3 are joined by the joining portion 4, and an extension portion 5 is formed around the joining portion 4.
- Figure 23 shows a photograph of the cross section of an actual manufactured joined body 1 according to this embodiment, cut along the lamination direction, and then photographed.
- Figure 23 shows that a joint 4 and an extension 5 are formed between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the overall shape of the joint 4 is conical, and that it protrudes toward and engages with the second thermoplastic fiber composite section 3.
- the first fiber member 22, indicated by the dotted line is partially curved, and that the curved portion extends into the joint 4.
- each of the joints 4 engages with the second thermoplastic fiber composite portion 3 and functions as a wedge, thereby more firmly bonding the second base resin 31 to the joints 4. Furthermore, the curvature of the first fiber component 22 and its protrusion toward the joints 4 also firmly bond the first base resin 21 to the joints 4. This improves the bonding strength of the bonded body 1.
- the bonded portions 4 are not formed over the entire surface of the first thermoplastic fiber composite portion 2, but are formed so that the bonded portions 4 are intermittently and locally scattered. This makes it possible to reduce the amount of resin used as the bonding material, thereby also reducing the costs associated with manufacturing the bonded body 1.
- thermoplastic fiber composite section 2 Furthermore, by forming an unbonded extension section 5 between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3, the amount of exposure at the bonded section between the first thermoplastic fiber composite section 2 and the second thermoplastic fiber composite section 3 is reduced, improving the reliability of the bonded body 1.
- each of the joints 4 interlocks with the second thermoplastic fiber composite part 3, but the joints 4 may be joined to the surface of the second thermoplastic fiber composite part 3 and not interlock with the second thermoplastic fiber composite part 3. Even in such a case, since the material of the joints 4 and the material of the base material of the first thermoplastic fiber composite part 2 are the same, sufficient bonding strength for the joined body 1 can be ensured.
- the manufacturing method of the joined body 1 involves performing a single ultrasonic welding process using a relatively large horn 70, but multiple ultrasonic welding processes may be performed depending on the dimensions of the joined body 1 and horn 70. Even in such a case, because the convex portions 40 are formed intermittently and locally, once melted, the convex portions 40 will not be subjected to a second ultrasonic welding process, thereby preventing damage to the joined portion 4.
- ultrasonic welding was used for the welding process, but this is not limited to this.
- gas welding may also be used for the welding process.
- thermoplastic fiber composite members 20 and two second thermoplastic fiber composite members 30 were stacked and joined together, but three or more thermoplastic fiber composite members may also be stacked and joined together.
- Fig. 24 is a cross-sectional view of the bonded body of this embodiment.
- Fig. 24 is a cross-sectional view of the bonded body along the thickness direction (stacking direction) similar to Fig. 17.
- Fig. 25 is a plan view of the bonded body of this embodiment in a separated state.
- Fig. 25 is a plan view of the first thermoplastic fiber member side in a state in which the bonded body is separated at the joint.
- the joined body 101 has a first thermoplastic fiber composite portion 102, a second thermoplastic fiber composite portion 103, a joint portion 104, and an extension portion 105.
- the joined body 101 joins a first thermoplastic fiber composite portion 102 and a second thermoplastic fiber composite portion 103 made of a thermoplastic fiber composite material.
- the joined body 1 according to the first embodiment is that there are more joint portions 104 and the distance between the joint portions 104 is smaller.
- resins extending from adjacent joint portions 104 come into contact with each other, forming a single extension portion 105.
- the first thermoplastic fiber composite section 102 comprises a first matrix resin 121, which is a thermoplastic resin, and a plurality of first fiber members 122 mixed into the first matrix resin 121.
- first matrix resin 121 which is a thermoplastic resin
- first fiber member 122 located closest to the second thermoplastic fiber composite section 103 protrudes from the first matrix resin 121 toward the inside of the joint 104. That is, the first fiber member 122 protrudes in a larger area than the first fiber member 22 in the first embodiment.
- This curvature of the first fiber member 122 results in a common core material being present within the first matrix resin 121 and the joint 104, enabling a strong bond between the first matrix resin 121 and the joint 104.
- the second thermoplastic fiber composite portion 103 comprises a second matrix resin 131, which is a thermoplastic resin, and a plurality of second fiber members 132 mixed into the second matrix resin 131.
- the second matrix resin 131 may be the same resin material as the first matrix resin 121, or a different resin material.
- the second fiber members 132 may be the same fiber as the first fiber members 122, or a different fiber.
- each of the joints 104 is made of the same resin as the first base resin 121. Furthermore, the joints 104 are integrally formed with the first base resin 121 and the second base resin 131 by a melting process described below. Therefore, the first thermoplastic fiber composite portion 102 and the second thermoplastic fiber composite portion 103 are joined via the joints 104.
- the shape, dimensions, and engagement amount of the joint 104 are the same as those of the joint 4 in the first embodiment. Therefore, its function as a wedge is also the same, and the second base resin 131 and the joint 104 are more firmly joined. Furthermore, the degree of curvature of the first fiber component 122 and the amount of penetration into the joint 104 are sufficiently ensured, and the joining strength of the joint 104 to the first thermoplastic fiber composite part 102 is also sufficiently ensured.
- the extension section 105 is made of the same resin as the first base resin 121 and the joint section 104. As can be seen from Figure 25, the extension section 105 is formed integrally by the resin extending around the joint section 104, with the resin extending from other nearby joint sections 104 coming into contact with each other. In other words, while the extension sections 105 were separate in the fifth embodiment, in this embodiment the extension sections 105 are joined together to form a single extension region. Such extension sections 105 fill the gaps between nearby joint sections 104, further reducing deterioration of the exposed portions and further improving the reliability of the joined body 101.
- Figure 26 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the joined body 101 according to this embodiment, showing a convex portion forming step for forming convex portions that will become joints.
- Figure 27 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the joined body 101 according to this embodiment, showing a lamination step for laminating thermoplastic fiber composite members.
- Figure 28 is a cross-sectional view of the manufacturing process of the joined body 101 according to this embodiment, showing a joint portion forming step for forming joints.
- Figure 29 is a partial cross-sectional view of the manufacturing process of the joined body 101 according to this embodiment, showing the formation of some joints by a first ultrasonic welding.
- Figure 30 is a partial cross-sectional view of the manufacturing process of the joined body 101 according to this embodiment, showing the formation of the remaining joints by a second ultrasonic welding.
- a flat plate-shaped first thermoplastic fiber composite member 120 is prepared in which first fiber members 122 are mixed with a thermoplastic first matrix resin 121, and a flat plate-shaped second thermoplastic fiber composite member 130 is prepared in which second fiber members 132 are mixed with a thermoplastic second matrix resin 131 (preparation process).
- first thermoplastic fiber composite member 120 becomes the first thermoplastic fiber composite part 102 described above
- second thermoplastic fiber composite member 130 becomes the second thermoplastic fiber composite part 103 described above.
- convex portions 140 made of the same resin as the first base resin 121 are intermittently formed on one surface 120a of the first thermoplastic fiber composite member 120 (Figure 26: convex portion forming process).
- the convex portions 140 become the joints 104 described above. Therefore, in a plan view, the convex portions 140 are formed at the positions of the joints 104 as shown in Figure 25.
- the shape and dimensions of the convex portions 140 are the same as the convex portions 40 of the first embodiment, with only the location of their placement being different.
- thermoplastic fiber composite member 120 is placed opposite the surface 130a of the second thermoplastic fiber composite member 130 ( Figure 27), and the first thermoplastic fiber composite member 120 is layered on the second thermoplastic fiber composite member 130 so that the convex portion 140 is sandwiched between the first thermoplastic fiber composite member 120 and the second thermoplastic fiber composite member 130.
- an ultrasonic welding horn 170 is pressed against the surface 120b of the first thermoplastic fiber composite member 120, and ultrasonic vibrations are applied to the laminated intermediate member.
- a small horn 170 is used, and the welding process using ultrasonic vibrations is performed in two stages. To achieve this, the horn 170 is first pressed against half (one half on one side in the horizontal direction) of the six protrusions 140. Ultrasonic vibrations are then transmitted to three of the protrusions 140, causing them to melt.
- the three protrusions 140 protrude toward and engage with the interior of the second thermoplastic fiber composite member 130, while the first fiber member 122 protrudes and penetrates into the protrusions 140 (FIG. 29). Furthermore, the protrusions 140 extend horizontally in the second thermoplastic fiber composite member 130, forming a portion that will become part of the extension 105 when manufacturing is complete.
- a horn 170 is pressed against the remaining half (the half opposite the horizontal direction) of the six protrusions 140. Ultrasonic vibrations are then transmitted to the remaining three protrusions 140, causing them to melt. Similar to the above protrusions 140, the remaining three protrusions 140 protrude toward the inside of the second thermoplastic fiber composite member 130 and engage with it, while the first fiber member 122 protrudes into and penetrates into the protrusions 140. Furthermore, the remaining three protrusions 140 extend horizontally in the second thermoplastic fiber composite member 130, forming a portion that becomes part of the extension portion 105.
- the convex portions 140 serve as the joints 104, joining the first thermoplastic fiber composite member 120 and the second thermoplastic fiber composite member 130 (joint forming process). Also in this embodiment, the convex portions 140 are scattered throughout, so the first fiber member 122 does not bend overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 130. Furthermore, the resin stretched from the convex portions 140 comes into contact with each other, forming an extension region, which is a single extension portion 105.
- the welding process using this ultrasonic welder causes the convex portions 140 to melt and penetrate, the first fiber member 122 to bend, and the convex portions 140 to stretch, completing the joining of the first thermoplastic fiber composite member 120 and the second thermoplastic fiber composite member 130, resulting in the production of a joined body 101 as shown in FIG. 24. That is, the first thermoplastic fiber composite portion 102 and the second thermoplastic fiber composite portion 103 are joined by the joining portion 104, and an extension portion 105 is formed around the joining portion 104.
- the present embodiment differs in the number and location of the bonded portions 104, it has the same configuration as the bonded body 1 according to the first embodiment, and therefore, for the same reasons as the bonded body 1, the bond strength of the bonded body 101 is improved.
- the bonded portions 104 are formed so as to be intermittently and locally scattered rather than over the entire surface of the first thermoplastic fiber composite portion 102, which reduces the amount of resin used as the bonding material and also reduces the cost of manufacturing the bonded body 1. Furthermore, the scattered presence of the protruding portions 140 that become the bonded portions 104 prevents the protruding portions 140 from being damaged even during multiple welding processes using the ultrasonic welding horn 170, thereby improving the reliability of the bonded body 101.
- the extension portion 105 which is a single expanded extension region, fills the gaps between nearby joined portions 104, further reducing deterioration of the exposed portions and further improving the reliability of the joined body 101.
- the extending portion 105 forms a rectangular extending region, but this is not limiting.
- the extending portion 105 may be formed to form an annular extending region.
- Fig. 31 is a plan view of a bonded body 101 according to a modified example of the sixth embodiment in a separated state.
- extension sections 105' areas indicated by dotted lines
- area 107 where the resin that is the material of extension section 105' is not extended.
- Area 107 is a closed space surrounded by extension section 105', first thermoplastic fiber composite member 120, and second thermoplastic fiber composite member 130. In other words, area 107 is an enclosed space.
- extension section 105' and the sealed region 107 in this way, it is possible to manufacture a bonded body suitable for a variety of uses.
- this region 107 can be used to mount a sensor or other electronic component in the center of the bonded body, without filling it with resin and without contacting the outside air.
- this method can also be applied in such cases.
- the flat-plate-shaped joined body 1 was formed using the flat-plate-shaped first thermoplastic fiber composite members 20 and second thermoplastic fiber composite members 30, but the thermoplastic fiber composite members and the joined body may be curved. Such a case will be described as the third embodiment with reference to Figure 32.
- Figure 32 is a cross-sectional view of a manufacturing process for a joined body according to the seventh embodiment. Note that the same structures or materials as those in the fifth embodiment will be given the same names and detailed descriptions will be omitted, and differences will be described in detail.
- a wavy first thermoplastic fiber composite member 220 is prepared by mixing first fiber members 222 into a thermoplastic first matrix resin 221, and a wavy second thermoplastic fiber composite member 230 is prepared by mixing second fiber members 232 into a thermoplastic second matrix resin 231.
- convex portions 240 made of the same resin as the first matrix resin 221 are intermittently formed on one surface 220a of the first thermoplastic fiber composite member 220.
- cone-shaped convex portions 240 are formed in the wavy peaks and valleys. The preparation process and convex portion formation process for each thermoplastic fiber composite member are performed in the same manner as in the first embodiment.
- the first thermoplastic fiber composite member 220 is layered on the second thermoplastic fiber composite member 230 so that the surface 220a of the first thermoplastic fiber composite member 220 faces the surface 230a of the second thermoplastic fiber composite member 230, and the convex portion 240 is sandwiched between the first thermoplastic fiber composite member 220 and the second thermoplastic fiber composite member 230.
- an ultrasonic welding horn 270 is pressed against the surface 220b of the first thermoplastic fiber composite member 220, and ultrasonic vibrations are applied to the laminated intermediate body.
- a small horn 270 is used that can perform welding on a single protrusion 240. This allows the area around the protrusion 240 to be locally heated by ultrasonic vibrations, melting each of the protrusions 240.
- the protrusions 240 (joint portions 204) protrude toward and engage with the interior of the second thermoplastic fiber composite member 230, while the first fiber member 222 protrudes and penetrates into the interior of the protrusions 240.
- the protrusions 240 extend along the wavy shape of the second thermoplastic fiber composite member 230, and extension portions 205 are formed around each of the protrusions 240.
- the first thermoplastic fiber composite member 220 and the second thermoplastic fiber composite member 230 are joined using the convex portions 240 as the joining portions 204, with the first thermoplastic fiber composite member 220 becoming the first thermoplastic fiber composite portion 202 and the second thermoplastic fiber composite member 230 becoming the second thermoplastic fiber composite portion 203. Also in this embodiment, because the convex portions 240 are scattered throughout, the first fiber composite member 222 does not curve overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 230.
- the welding process using this ultrasonic welder causes the convex portions 240 to melt and penetrate, the first fiber member 222 to bend, and the convex portions 240 to stretch.
- a joined body 201 such as that shown in the lower part of Figure 32 is produced.
- the first thermoplastic fiber composite portion 202 and the second thermoplastic fiber composite portion 203 are joined by the joining portion 204, and an extension portion 205 is formed around the joining portion 204.
- the joined body 201 was formed using wavy first thermoplastic fiber composite members 220 and second thermoplastic fiber composite members 230, but each thermoplastic fiber composite member may have a bent shape.
- the convex portion serving as the joining portion was formed on only one of the thermoplastic fiber composite members, but it may be formed on both thermoplastic fiber composite members. This case will be described as the fourth embodiment with reference to FIG. 33.
- FIG. 33 is a cross-sectional view of a manufacturing process for a joined body according to the eighth embodiment. Note that the same structures or materials as those in the fifth embodiment will be given the same names and detailed descriptions will be omitted, and differences will be described in detail.
- an L-shaped first thermoplastic fiber composite member 320 is prepared by mixing first fiber members 322 with a thermoplastic first matrix resin 321
- an L-shaped second thermoplastic fiber composite member 330 is prepared by mixing second fiber members 332 with a thermoplastic second matrix resin 331.
- a convex portion 340 made of the same resin as the first matrix resin 321 is formed on one surface 320a of the first thermoplastic fiber composite member 320
- two convex portions 341 made of the same resin as the second matrix resin 331 are formed on one surface 330a of the second thermoplastic fiber composite member 330.
- a convex portion 340 is formed at the bent portion of the first thermoplastic fiber composite member 320, and convex portions 341 are formed at both ends of the second thermoplastic fiber composite member 330.
- the preparation process and convex portion formation process for each thermoplastic fiber composite member are performed in the same manner as in the first embodiment.
- convex portion 341 corresponds to an additional convex portion.
- the first thermoplastic fiber composite member 320 is layered on the second thermoplastic fiber composite member 330 so that the surface 320a of the first thermoplastic fiber composite member 320 faces the surface 330a of the second thermoplastic fiber composite member 330, and the convex portions 340, 341 are sandwiched between the first thermoplastic fiber composite member 320 and the second thermoplastic fiber composite member 330.
- the ultrasonic welding horn 370 is pressed sequentially against the surface 320b of the first thermoplastic fiber composite member 320 and the surface 330b of the second thermoplastic fiber composite member 330, and ultrasonic vibrations are sequentially applied to predetermined locations on the laminated intermediate body.
- a small horn 370 is used that can perform the welding process on a single protrusion 340, 341. Therefore, the area around the protrusion 340, 341 can be locally heated by ultrasonic vibrations, melting each of the protrusions 340, 341.
- the protrusion 340 protrudes toward and engages with the interior of the second thermoplastic fiber composite member 330, while the first fiber member 322 protrudes into and penetrates the interior of the protrusion 340, as in the first embodiment.
- the convex portion 341 protrudes toward the inside of the first thermoplastic fiber composite member 320 and engages with it, while the second fiber component 332 protrudes into and fits into the convex portion 341.
- the convex portions 340, 341 extend along the joining surface between the first thermoplastic fiber composite member 320 and the second thermoplastic fiber composite member 330, and three extension portions 305 are formed with the convex portions 340, 341 at the center.
- the first thermoplastic fiber composite member 320 and the second thermoplastic fiber composite member 330 are joined together, with the convex portion 340 serving as the joining portion 304a and the convex portion 341 serving as the joining portion 304b, and the first thermoplastic fiber composite member 320 becomes the first thermoplastic fiber composite portion 302, and the second thermoplastic fiber composite member 330 becomes the second thermoplastic fiber composite portion 303. Also in this embodiment, because the convex portions 340, 341 are scattered, the first fiber component 322 does not curve overall and protrude toward the second thermoplastic fiber composite member 330, and the second fiber component 332 does not curve overall and protrude toward the first thermoplastic fiber composite member 320.
- the welding process using this ultrasonic welder causes the convex portions 340, 341 to melt and penetrate, the first fiber member 322 and the second fiber member 332 to bend, and the convex portions 340, 341 to stretch.
- a joined body 301 such as that shown in the lower part of Figure 33 is produced. That is, the first thermoplastic fiber composite portion 302 and the second thermoplastic fiber composite portion 303 are joined by joints 304a, 304b, and extension portions 305 are formed around each of the joints 304a, 304b.
- joint 304b corresponds to the additional joint
- extension portion 305 formed around joint 304b corresponds to the additional extension portion.
- the joining portions 304a, 304b protrude toward and engage with the two first thermoplastic fiber composite portions 302 and second thermoplastic fiber composite portions 303 that make up the joined body 301, thereby further increasing the joining strength of the joined body 301.
- the fiber components of the two first thermoplastic fiber composite members 320 and second thermoplastic fiber composite members 330 that make up the joined body 301 penetrate into the joining portions 304a, 304b, thereby further increasing the joining strength of the joined body 301.
- the three extension sections 305 may also be connected to each other to form a single extension region. This reduces the amount of exposure of the first thermoplastic fiber composite section 302 and the second thermoplastic fiber composite section 303, thereby improving the reliability of the joined body 301.
- FIG. 34 is a graph showing test results of samples of joined bodies according to examples of the present disclosure.
- FIG. 34 shows the bond strength (welding strength) of joined bodies having different bond depths, with the horizontal axis representing the bond depth (mm) of the joined body and the vertical axis representing the bond strength (arbitrary units). The bond strength of each sample in FIG. 34 was calculated based on a sample with sufficient bond strength and the lowest bond strength.
- the sample bonded structure was made by bonding two test pieces (thermoplastic fiber composite members) using an ultrasonic welding machine.
- One of the test pieces had a conical protrusion that served as the bonding point, and the two test pieces were bonded via the protrusion.
- this sample corresponds to bonded structure 1 in the fifth embodiment described above.
- the ultrasonic welding machine used was manufactured by Dukane Japan, with an output of 2600 W and a frequency of 20 kHz.
- the bond strength of each sample was measured using a tensile shear test using a Shimadzu universal testing machine, with the test conditions set to a sampling rate of 50 ms and a test speed of 1 mm/min.
- a first embodiment of the present disclosure comprises a first thermoplastic fiber composite portion in which a first fiber component is mixed with a thermoplastic first matrix resin, a second thermoplastic fiber composite portion in which a second fiber component is mixed with a thermoplastic second matrix resin, a joint portion joining the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion, and an extension portion extending around the joint portion and between the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion when the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion are not joined, and the joint portion is a joined body made of the same resin as the first matrix resin.
- thermoplastic resin used to form the joints it is possible to reduce the amount of thermoplastic resin used to form the joints, thereby reducing costs associated with manufacturing the joined body. Furthermore, by forming unjoined extension sections between the first thermoplastic fiber composite section and the second thermoplastic fiber composite section, the amount of exposure at the joint between the first thermoplastic fiber composite section and the second thermoplastic fiber composite section is reduced, improving the reliability of the joined body.
- a second embodiment of the present disclosure is the first embodiment, in which the joint protrudes toward the inside of the second thermoplastic fiber composite part and engages with it. This allows the joint to engage with the second thermoplastic fiber composite part and function as a wedge, thereby more firmly joining the second base resin and the joint.
- a third embodiment of the present disclosure is the first or second embodiment, in which the first fiber member is curved near the joint and protrudes from the first thermoplastic fiber composite toward the inside of the joint. This also results in a common core material being present in the joint and the first base resin, allowing for a strong bond between the first base resin and the joint.
- a fourth embodiment of the present disclosure is any of the first to third embodiments, in which a plurality of such joints are provided, and the plurality of extension portions extending from each of the plurality of joints contact each other to fill the gaps between the joints. This reduces the amount of exposed surface area at the joint between the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion, improving the reliability of the joined structure.
- a fifth embodiment of the present disclosure is any of the first to fourth embodiments, in which the multiple extension portions are in contact with each other to form an annular extension region.
- the extension portion which is a single extended extension region, fills the gaps between nearby joints, further reducing deterioration of exposed portions and further improving the reliability of the joined body.
- a sixth embodiment of the present disclosure is any of the first to fifth embodiments, further comprising an additional joint made of the same resin as the second matrix resin, which protrudes toward the interior of the first thermoplastic fiber composite portion and engages with it, and an additional extension portion which, when the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion are not joined, extends around the additional joint and extends between the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion.
- a seventh embodiment of the present disclosure is any of the first to sixth embodiments, in which the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion are made of flat or curved members. This allows the shape of the bonded body to be changed appropriately depending on the application and requirements.
- An eighth embodiment of the present disclosure is any of the first to seventh embodiments, wherein the dimension of the joint in the stacking direction of the first thermoplastic fiber composite section and the second thermoplastic fiber composite section is 0.1 mm or more and 5.0 mm or less, and the dimension in the direction perpendicular to the stacking direction is 0.5 mm or more and 10.0 mm or less. This ensures a sufficient penetration of the joint into the second thermoplastic fiber composite section, further increasing the bonding strength of the joint with the second thermoplastic fiber composite section. It also ensures a sufficient degree of curvature of the first fiber member and a sufficient penetration into the joint.
- a ninth embodiment of the present disclosure is any of the first to eighth embodiments, wherein the horizontal proportion of the portion of the joint that interlocks with the second thermoplastic fiber composite portion is 20% or more and 80% or less of the total. This makes it possible to adjust the amount of interlocking of the joint with the second thermoplastic fiber composite portion, and ensures sufficient bonding strength of the joint with the second thermoplastic fiber composite portion.
- a tenth embodiment of the present disclosure is a method for manufacturing a joined body, comprising: a preparation step of preparing a first thermoplastic fiber composite member having a first fiber component mixed into a first thermoplastic matrix resin, and a second thermoplastic fiber composite member having a second fiber component mixed into a second thermoplastic matrix resin; a convex portion forming step of forming convex portions made of the same resin as the first matrix resin on the surface of the first thermoplastic fiber composite member; and a joint forming step of melting the convex portions while the second thermoplastic fiber composite member is laminated on the convex portion-forming surface of the first thermoplastic fiber composite member to form joints joining the first thermoplastic fiber composite member and the second thermoplastic fiber composite member, wherein in the joint forming step, the convex portions are extended in a direction perpendicular to the lamination direction of the second thermoplastic fiber composite member, forming extensions that are not bonded to the first thermoplastic fiber composite member and extend between the first thermoplastic fiber composite member and the second thermoplastic fiber composite member.
- thermoplastic resin used to form the joints can be reduced, thereby reducing costs associated with manufacturing the joined body. Furthermore, by forming unjoined extension sections between the first thermoplastic fiber composite section and the second thermoplastic fiber composite section, the exposed surface area at the joint between the first thermoplastic fiber composite section and the second thermoplastic fiber composite section is reduced, improving the reliability of the joined body.
- An eleventh embodiment of the present disclosure is the tenth embodiment, wherein in the joint formation step, the convex portion protrudes toward the interior of the second thermoplastic fiber composite member and engages with it. This allows the joint to engage with the second thermoplastic fiber composite member and function as a wedge, thereby more firmly bonding the second base resin and the joint.
- a twelfth embodiment of the present disclosure is the tenth or eleventh embodiment, wherein, in the joint formation step, the first fiber member curves in the vicinity of the convex portion and protrudes from the first thermoplastic fiber composite member toward the inside of the convex portion. This also results in a common core material being present in the joint and the first base resin, allowing for a strong bond between the first base resin and the joint.
- a thirteenth embodiment of the present disclosure is any of the tenth to twelfth embodiments, in which a plurality of convex portions are formed in the convex portion forming step, and in which a plurality of extension portions extending from each of the plurality of convex portions come into contact with each other and fill the gaps between the joints in the joints in the convex portion forming step. This reduces the amount of exposure at the joints between the first thermoplastic fiber composite portion and the second thermoplastic fiber composite portion, improving the reliability of the joined body.
- a fourteenth embodiment of the present disclosure is any of the tenth to thirteenth embodiments, in which, in the joint formation process, the multiple extension portions come into contact with each other to form an annular extension region.
- the extension portion which is a single extended extension region, fills the gaps between nearby joints, further reducing deterioration of exposed portions and further improving the reliability of the joined body.
- a fifteenth embodiment of the present disclosure is any of the tenth to fourteenth embodiments, in which, in the convex portion forming step, an additional convex portion made of the same resin as the second matrix resin is formed on the surface of the second thermoplastic fiber composite member, and in the joint portion forming step, the additional convex portion is protruded toward the interior of the first thermoplastic fiber composite member and engaged to form an additional joint portion, and the additional convex portion is extended in a direction perpendicular to the lamination direction of the first thermoplastic fiber composite member to form an additional extension portion that is not joined to the first thermoplastic fiber composite member and extends between the first thermoplastic fiber composite member and the second thermoplastic fiber composite member.
- the joint portion penetrates into each of the joined thermoplastic fiber composite members, and each fiber component of the thermoplastic fiber composite member penetrates into the joint portion, further increasing the joint strength of the joined body.
Landscapes
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Abstract
熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部と、熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部と、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部とを接合する接合部と、前記第1熱可塑性繊維複合部及び前記第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、前記接合部を中心として前記接合部の周囲に伸張し、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する伸張部と、を有し、前記接合部は、前記第1母材樹脂と同一の樹脂からなること。 (選択図:図1)
Description
本開示は、熱可塑性繊維複合材を溶着した接合体及びその製造方法に関する。
従来から、航空機、鉄道又は自動車等の輸送機の構成部材として、金属部材が使用されているものの、軽量化の観点から樹脂部材が使用されている。特に、熱硬化性又は熱可塑性の樹脂に繊維部材を混合させた繊維複合材が使用され、更には複数の繊維複合材を接合することによって各構成部材が形成されている。
熱硬化性樹脂を母材に使用した繊維複合材(熱硬化性繊維複合材)の一例としては、繊維強化プラスチック(FRP:fiber reinforced plastics)が知られている。特に、不飽和ポリエステル樹脂又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂によってガラス繊維の長繊維、織布、若しくは短繊維等を固めたガラス繊維強化プラスチック(GFRP:glass fiber reinforced plastics)、及びカーボン繊維が使用された炭素繊維強化プラスチック(CFRP:carbon fiber reinforced plastics)が各種の業界で使用されている。そして、これらの部材は比弾性率又は比強度が高いことから、軽量、高強度、高剛性が要求される宇宙航空材料としても使用されている。
また、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を母材に使用した繊維複合材(熱可塑性繊維複合材)の一例としては、短繊維状のガラス繊維又は炭素繊維を用いて射出成形した繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP:fiber reinforced thermoplastics)が知られている。FRPと同様に、ガラス繊維が使用されたガラス繊維強化熱可塑性プラスチック(GFRTP:glass fiber reinforced thermoplastics)、及びカーボン繊維が使用された炭素繊維強化可塑性プラスチック(CFRTP:carbon fiber reinforced thermoplastics)が存在する。これらの部材も、軽量、高強度、高剛性が要求される宇宙航空材料や他の分野の材料として開発が進められている。
繊維複合材同士の接合方法としては、繊維複合材同士をボルト等の結合部材を使用する方法、母材の樹脂を溶融させて繊維複合材同士を接着する方法、及び繊維複合材とは異なる接着剤によって接着する方法がある。例えば、特許文献1には、接着剤を利用した熱可塑性繊維複合材の接合が開示されている。特に特許文献1においては、2つの熱可塑性繊維複合材の間に、樹脂フィルム及び導電膜からなる導電性インサート材を配置し、加熱によって接着が行われている。
しかしながら、特許文献1に開示されているような繊維複合材の全面に接着剤を配置すると、接合体としての製造コストが増加してしまう。一方、接着剤の配置する領域を限定的にすれば、接合体としての製造コストは低減できるものの、接合体としての接合強度が低下してしまう。更に、形成される接合体に隙間が存在すると、接合体としての信頼性の低下につながるおそれがある。
本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接合体の信頼性及び接合強度を向上させつつも、製造コストを低減することができる接合体及びこの製造方法を提供することにある。
本開示の一態様によれば、「熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部と、熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部と、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部とを接合する接合部と、前記第1熱可塑性繊維複合部及び前記第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、前記接合部を中心として前記接合部の周囲に伸張し、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する伸張部と、を有し、前記接合部は、前記第1母材樹脂と同一の樹脂からなる接合体。」が提供される。
本開示の一態様によれば、「熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部材、及び熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部材を準備する準備工程と、前記第1熱可塑性繊維複合部材の表面に、前記第1母材樹脂と同一の樹脂からなる凸部を形成する凸部形成工程と、前記第2熱可塑性繊維複合部を前記第1熱可塑性繊維複合部材の前記凸部の形成面に積層した状態で前記凸部を溶融し、前記第1熱可塑性繊維複合部材及び前記第2熱可塑性繊維複合部材を接合する接合部を形成する接合部形成工程と、を有し、前記接合部形成工程においては、前記第2熱可塑性繊維複合部材の積層方向に直交する方向に前記凸部を伸張させて、前記第1熱可塑性繊維複合部材及び前記第2熱可塑性繊維複合部材とは非接合であって前記第1熱可塑性繊維複合部材と前記第2熱可塑性繊維複合部材との間に延在する伸張部を形成する、接合体の製造方法。」が提供される。
本開示によれば、接合体の信頼性及び接合強度を向上させつつも、製造コストを低減することができる接合体及びこの製造方法を提供することができる。
なお、上記効果は説明の便宜のための例示的なものにすぎず、本開示に係る効果は上記に限定されない。上記効果に加えて、本開示によれば、本開示中に記載されたいかなる効果を奏することが可能である。
以下、図面を参照しながら、本開示の接合体及びこれの製造方法について詳細に説明する。なお、本開示は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、各実施形態に用いる図面は、いずれも本開示に係る接合体及びこれの構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部分の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、各実施形態で用いる一部の数値は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて様々に変更することが可能である。そして、図面における共通する構成については、同一の参照符号が付されている。
<第1実施形態>
(接合体の構成)
まず、図1及び図2を参照しつつ、本開示の接合体の構造を説明する。図1は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図1は接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図2は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図2は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
(接合体の構成)
まず、図1及び図2を参照しつつ、本開示の接合体の構造を説明する。図1は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図1は接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図2は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図2は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
図1に示すように、接合体1は、積層された2枚の平板部材である熱可塑性繊維複合材を溶融処理によって接合した部材である。具体的に、接合体1は、第1熱可塑性繊維複合部2、第2熱可塑性繊維複合部3、接合部4、及び伸張部5を有している。すなわち、接合体1においては、熱可塑性繊維複合材からなる第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とが、接合部4を介して接合されているとともに、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との間に、3つの断続的な接合部4及び接合部4のそれぞれの周囲に延在する3つの伸張部5が介在している。
ここで、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3が積層された方向(Z軸方向)を積層方向、接合方向、又は鉛直方向と称する。また、当該Z軸方向に直交する一方の方向(X軸方向)を水平方向又は長辺方向と称し、他方の直交する方向(Y軸方向)を短辺方向と称する。これらの方向については、図2乃至図16においても共通する。
第1熱可塑性繊維複合部2は、熱可塑性の樹脂である第1母材樹脂21、及び第1母材樹脂21に混合された複数の第1繊維部材22を備える。第1母材樹脂21としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリアクリル酸、又はポリアミドであってもよく、熱可塑性のエンジニアリングプラスチックであってもよい。熱可塑性のエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、芳香族ポリエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、又はポリエーテルサルホン(PES)であってもよい。また、第1繊維部材22としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、又は炭素繊維であってもよい。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部2は、短繊維状のガラス繊維又は炭素繊維を用いて射出成形した繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP:fiber reinforced thermoplastics)であってもよい。そして、第1繊維部材22にガラス繊維が使用されると、第1熱可塑性繊維複合部2はガラス繊維強化熱可塑性プラスチック(GFRTP:glass fiber reinforced thermoplastics)から構成され、第1繊維部材22にカーボン繊維が使用されると、第1熱可塑性繊維複合部2は炭素繊維強化可塑性プラスチック(CFRTP:carbon fiber reinforced thermoplastics)から構成される。
図1において、第1母材樹脂21の内部に3つの第1繊維部材22が混合されているが、数量はこれに限定されない。また、3つの第1繊維部材22のうち、第2熱可塑性繊維複合部3に対して最も近くに位置する(すなわち、Z軸方向である積層方向の下方に位置する)第1繊維部材22は、部分的に湾曲している。具体的に、当該第1繊維部材22は、3つの接合部4のそれぞれの近傍において湾曲し、第1母材樹脂21(すなわち、第1熱可塑性繊維複合部2)から接合部4の内部に向けて突出している。換言すると、当該第1繊維部材22の湾曲している部分は、接合部4の内部に位置している。このような第1繊維部材22の湾曲により、第1母材樹脂21及び接合部4の内部に共通する芯材が存在することになり、第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合することが可能になる。
なお、3つの第1繊維部材22のうち、第2熱可塑性繊維複合部3から離間して位置する他の2つは、図1においては湾曲していないものの、上記湾曲した第1繊維部材22のように湾曲していてもよい。
第2熱可塑性繊維複合部3は、熱可塑性の樹脂である第2母材樹脂31、及び第2母材樹脂31に混合された複数の第2繊維部材32を備える。第2母材樹脂31としては、第1母材樹脂21同様に、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリアクリル酸、又はポリアミドであってもよく、熱可塑性のエンジニアリングプラスチックであってもよい。熱可塑性のエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、芳香族ポリエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、又はポリエーテルサルホン(PES)であってもよい。また、第2繊維部材32としては、第1繊維部材22と同様に、ガラス繊維、アラミド繊維、又は炭素繊維であってもよい。すなわち、第2熱可塑性繊維複合部も、短繊維状のガラス繊維又は炭素繊維を用いて射出成形した繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP)から構成されてもよい。そして、第2繊維部材32にガラス繊維が使用されると、第2熱可塑性繊維複合部3はガラス繊維強化熱可塑性プラスチック(GFRTP)であり、第2繊維部材32にカーボン繊維が使用されると、第2熱可塑性繊維複合部3は炭素繊維強化可塑性プラスチック(CFRTP)から構成される。
なお、第2母材樹脂31は第1母材樹脂21とは同一の樹脂材料であってもよく、又は異なる樹脂材料であってもよい。同様に、第2繊維部材32は第1繊維部材22とは同一の繊維であってもよく、又は異なる繊維であってもよい。
接合部4のそれぞれは、熱可塑性の樹脂から構成されている。本実施形態において、接合部4は、第1母材樹脂21と同一の樹脂から構成されている。また、接合部4は、後述する溶融処理により、第1母材樹脂21及び第2母材樹脂31と一体的に形成されている。このため、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とが接合部4を介して接合されることになる。
本実施形態において、接合部4のそれぞれは、第2熱可塑性繊維複合部3の内部に向けて突出し、その一部が第2熱可塑性繊維複合部3に入り込んでいる。図1及び図2において接合部4の全体形状は円柱状で示されているが、半球状、円錐、円錐台、角柱状、角錐、角錐台等の各種の立体形状であってもよい。このような構造及び形状により、接合部4のそれぞれは、第2熱可塑性繊維複合部3と咬合している。換言すると、接合部4のそれぞれは、くさびとして機能することになる。このため、第2母材樹脂31と接合部4とをより強固に接合することが可能になる。
ここで、積層方向における接合部4の寸法(高さ)は、例えば、0.1mm以上5.0mm以下であってもよく、好ましくは0.2mm以上2.0mm以下であってもよく、より好ましくは0.6mm以上1.0mm以下である。また、第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する部分の寸法(高さ)は、例えば、0.02mm以上0.5mm以下であってもよく、好ましくは0.1mm以上0.3mm以下である。なお、後述する試験結果によれば、第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する部分が存在しなくても、接合体1は十分な接合強度を備えることになるため、第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する部分の寸法は、0mm以上であればよいと想定される。加えて、水平方向における接合部4の寸法(直径)は、接合する材料や接合体の寸法によっても適宜調整可能であるが、例えば、0.5mm以上10.0mm以下であってもよく、1.0mm以上5.0mm以下であってもよい。ここで、接合部4の寸法が大きくなると、第1繊維部材22の湾曲の程度が大きくなりすぎることにより、接合強度がかえって低下する可能性もあり、接合部4の上限寸法は約4.5mm以下とすることが好ましい。これは、接合部4の寸法が大きくなると、第1繊維部材22の湾曲が大きくなり、接合部4に入り込む繊維量が大きくなるため、接合強度がかえって低下しているものと考えられる。一方で、接合部4が存在することによって接合強度の向上が図れると考えられるため、接合部4の下限寸法は約0.5mm以下となってもよい。すなわち、接合部4の寸法を小さくしすぎると、接合部4によるアンカー効果が低下すると考えられるが、接合部4の寸法をある程度小さくしても(例えば、1.5mmよりも小さく)、その接合強度が減少せずに、ほぼ一定値となるものと考えられる。このような寸法を採用することにより、第2熱可塑性繊維複合部3に対する接合部4の入り込み量を十分確保することができ、第2熱可塑性繊維複合部3に対する接合部4の接合強度をより高めることができる。また、このような寸法を採用することにより、上述した第1繊維部材22の湾曲の程度及び接合部4への入り込み量を十分に確保することができる。
そして、上述した接合部4の寸法以外に、接合部4の一部が第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する場合、当該咬合する部分の水平方向(X軸方向及びY軸方向)の割合は、接合部4の全体面積の20%以上80%以下であってもよく、好ましくは40%以上60%以下である。また、接合部4の全部が第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する場合、当該咬合する部分である接合部4の水平方向(X軸方向及びY軸方向)の割合は、接合部4及び伸張部5が占める水平方向の面積の20%以上80%以下であってもよく、好ましくは40%以上60%以下である。このような咬合量の調整により、第2熱可塑性繊維複合部3に対する接合部4の接合強度を十分に確保することができる。特に、いずれの場合であっても、水平方向の割合を約50%とすることにより、咬合量と伸張量のバランスが最適化され、接合部4の接合強度をより高めることができる。
上述したように、第1繊維部材22の湾曲によって第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合しつつ、接合部4の咬合によって第2母材樹脂31と接合部4を強固に接合できるため、接合体1としての接合強度が向上することになる。すなわち、接合部4の配置及び第1繊維部材22の湾曲にともなう接合部4への入り込みにより、一般的な溶融のみによる接合と比較して、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とをより強固に接合することが可能になっている。
伸張部5は、熱可塑性の樹脂から構成されている。本実施形態において、接合部4は、第1母材樹脂21及び接合部4と同一の樹脂から構成されている。また、図2に示すように、伸張部5は、接合部4を中心として接合部4の周囲に伸張することによって形成されている。換言すると、伸張部5は、接合部4の周囲において略環状に広がっており、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との間に延在する。
伸張部5は、接合部4とは異なり、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3とは非接合の状態を維持している。すなわち、伸張部5は、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との接合に寄与することがなく、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3の隙間を埋めているだけとなる。このような伸張部5を設けることにより、接合部4の露出を防止し、更には第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3の接合部分における露出量を低減することができる。これにより、露出部分の劣化が低減され、接合体1としての信頼性を向上することができる。なお、接合部4においては、第1繊維部材22の入り込みが生じるが、伸張部5においては、上述したように接合に寄与することがないため、本実施形態において第1繊維部材22の入り込みが生じていない。ただし、第1繊維部材22の状態や樹脂の流れ込みの量によっては、伸張部5に第1繊維部材22が入り込むこともある。
(接合体の製造方法)
次に、図1乃至図7を参照しつつ、本実施形態に係る接合体1の製造方法を説明する。ここで、図3は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材の準備工程を示す。図4は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図5は本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部を溶融する凸部溶融工程を示す。図6は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。また、図7は本実施形態に係る接合体1のサンプルの断面写真である。
次に、図1乃至図7を参照しつつ、本実施形態に係る接合体1の製造方法を説明する。ここで、図3は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材の準備工程を示す。図4は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図5は本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部を溶融する凸部溶融工程を示す。図6は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。また、図7は本実施形態に係る接合体1のサンプルの断面写真である。
先ず、熱可塑性の第1母材樹脂21に第1繊維部材22が混合された平板状の第1熱可塑性繊維複合部材20が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂31に第2繊維部材32が混合された平板状の第2熱可塑性繊維複合部材30が準備される(図3:準備工程)。ここで、製造工程が完了する時点において、第1熱可塑性繊維複合部材20が上述した第1熱可塑性繊維複合部2となり、第2熱可塑性繊維複合部材30が上述した第2熱可塑性繊維複合部3となる。
次に、第1熱可塑性繊維複合部材20の一方の表面20aに、第1母材樹脂21と同一の樹脂からなる凸部40を断続的に形成する(図4:凸部形成工程)。ここで、製造工程が完了する時点において、凸部40は上述した接合部4となる。このため、平面視においては、図2に示すような接合部4の位置に凸部40が形成される。凸部40の形成方法としては、凸部40が図2に示すような接合部4の位置に凸部40が形成されていればよく、例えば、接合部4を形成したい領域に対して、所望の量の熱可塑性の樹脂をスポット的に塗布することによって形成してもよい。また、凸部40のための樹脂を塗布する表面20aに凹部を事前に形成し、樹脂の塗布を容易に行えるようにしてもよい。このような場合には、最終的に完成する接合体1の第1熱可塑性繊維複合部2において、凹部が残存していてもよい。
ここで、凸部40の全体形状には、円柱状、半球状、円錐、円錐台、角柱状、角錐、角錐台等の各種の立体形状を採用することができる。特に、半球状、円錐、角錐等の形状は、接合部4としてのくさび機能を実現しやすくなる。凸部40の寸法(高さ)は、例えば、0.1mm以上5.0mm以下であってもよく、好ましくは0.2mm以上1.5mm以下であってもよく、より好ましくは0.5mm以上1.2mm以下である。更に、水平方向における凸部40の寸法(面積)は、0.2mm2以上30mm2以下であってもよく、好ましくは0.8mm2以上20mm2以下である。これらの寸法は、後述する凸部40の溶融を考慮して設定されることが好ましい。このため、凸部の寸法は、最終的な接合部4の寸法及び溶融処理の方法並びに条件に基づいて決定される。
次に、第1熱可塑性繊維複合部材20の表面20aと第2熱可塑性繊維複合部材30の表面30aを対向させ、その間に赤外線溶着用のヒーター60を差し入れる(図5)。ヒーター60は、凸部40に向けて赤外線を照射し、凸部40を加熱し溶融する。その後、図6に示すように、第1熱可塑性繊維複合部材20の表面20b側から圧力を加えることによって、第2熱可塑性繊維複合部材30に凸部40を接触及び溶着させる。これにより、凸部40は、第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30と混ざり合うように一体化する。そして、凸部40は接合部4として、第1熱可塑性繊維複合部材20と第2熱可塑性繊維複合部材30とを接合することになる(接合部形成工程)。なお、本実施形態においては、第1熱可塑性繊維複合部材20の表面20b側から圧力を加えているが、これに限られず、第2熱可塑性繊維複合部材30の表面30b側から圧力を加えてもよいし、両側から圧力を加えるようにしてもよい。
ここで、凸部40は、第1熱可塑性繊維複合部材20から第2熱可塑性繊維複合部材30に向けて押圧されているため、溶融が生じた部分において、凸部40が第2熱可塑性繊維複合部材30の内部に変位しやすくなる。このため、凸部40が第2熱可塑性繊維複合部材30の内部に向けて突出して咬合することになる。
また、凸部40のこのような突出により、凸部40の近傍において、凸部40に向かった第1母材樹脂21の流動が生じ、凸部40の近傍の第1繊維部材22が湾曲する。上記凸部40の溶融が生じることにより、当該流動に伴った第1繊維部材22の変位に対応して凸部40(すなわち、接合部4)の内部に第1繊維部材22が突出して入り込むことになる。特に、本実施形態においては、凸部40が点在しているため、第1繊維部材22が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材30に向けて突出するようなことがない。
更に、凸部40の溶融が生じると、第1熱可塑性繊維複合部材20からの押圧によって、凸部40はその周辺に広がることになる。すなわち、凸部40は、第2熱可塑性繊維複合部材30の水平方向に伸張することになる。この際、凸部40が伸張する部分においては、伸張した樹脂が第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30と混ざり合うほどの熱が生じることがないため、当該伸張する部分は第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30と非接合の状態となり、伸張部5を構成することになる。
そして、上記のようなヒーター60を備える赤外線溶着器による溶着処理により、凸部40の溶融並びに入り込み、第1繊維部材22の湾曲、及び凸部40の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30の接合が完了すると、図1に示すような接合体1が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とが接合部4によって接合され、接合部4の周囲に伸張部5が延在した状態が形成される。
ここで、本実施形態に係る接合体1を実際に製造し、完成した接合体1を積層方向(Z軸方向)に沿って切断し、その断面を撮像した写真を図7に示す。図7においては、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との間に、接合部4及び伸張部5が形成されていることがわかる。また、接合部4の全体形状が円錐状であり、第2熱可塑性繊維複合部3に向けて突出して咬合していることもわかる。更に、点線で示された第1繊維部材22が部分的に湾曲し、湾曲した部分が接合部4に入り込んでいることもわかる。
(第1実施形態の作用効果)
本実施形態においては、接合部4のそれぞれが第2熱可塑性繊維複合部3と咬合し、くさびとして機能しているため、第2母材樹脂31と接合部4とをより強固に接合することができる。また、第1繊維部材22の湾曲及び接合部4に向けた突出により、第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合することもできる。これにより、接合体1としての接合強度が向上することになる。
本実施形態においては、接合部4のそれぞれが第2熱可塑性繊維複合部3と咬合し、くさびとして機能しているため、第2母材樹脂31と接合部4とをより強固に接合することができる。また、第1繊維部材22の湾曲及び接合部4に向けた突出により、第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合することもできる。これにより、接合体1としての接合強度が向上することになる。
また、本実施形態においては、接合部4が第1熱可塑性繊維複合部2の全面ではなく、断続的且つ局所的に接合部4が点在するように形成されている。このため、接合部材となる樹脂の使用量を削減することができ、接合体1の製造に係るコスト低減も図ることができる。
更に、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3との間に非接合の伸張部5が形成されることにより、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3の接合部分における露出量が低減され、接合体1としての信頼性が向上することになる。
(第1実施形態の変形例)
なお、上述した実施形態においては、第1繊維部材22の一部が接合部4に入り込むように突出していたが、接合部4に入り込まない程度に湾曲していてもよい。このような場合であっても、第2熱可塑性繊維複合部材30に対する接合部4の咬合は形成されるため、接合体1としての接合強度は十分に確保できる。
なお、上述した実施形態においては、第1繊維部材22の一部が接合部4に入り込むように突出していたが、接合部4に入り込まない程度に湾曲していてもよい。このような場合であっても、第2熱可塑性繊維複合部材30に対する接合部4の咬合は形成されるため、接合体1としての接合強度は十分に確保できる。
また、上述した実施形態においては、接合部4のそれぞれが第2熱可塑性繊維複合部3と咬合していたが、接合部4が第2熱可塑性繊維複合部3の表面において接合し、第2熱可塑性繊維複合部3に咬合しなくてもよい。このような場合であっても、接合部4の材料と第1熱可塑性繊維複合部2の母材の材料が同一であるため、接合体1としての接合強度は十分に確保できる。
また、上述した実施形態において、接合体1の製造方法においては比較的に大型のヒーター60によって1回の赤外線溶着処理が施されていたが、接合体1及びヒーター60の寸法に応じて、複数回の赤外線溶着処理が施されてもよい。このような場合であっても、凸部40が断続的且つ局所的に形成されているため、一度溶融した凸部40に再度の赤外線溶着処理が施されることがなく、接合部4の損傷が生じることが抑制される。また、照射距離等に起因する温度ムラも小さくすることができ、接合面における接合強度を均一に保つことができる。
更に、上述した実施形態においては、2つの第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30を積層して、2つの熱可塑性繊維複合部材を接合していたが、3つ以上の熱可塑性繊維複合部材を積層して接合してもよい。
そして、上述した実施形態における接合体1の製造方法において、ヒーター60によって赤外線を凸部40に照射していたが、図8に示すように、第2熱可塑性繊維複合部材30の表面30aにも照射してもよい。このような赤外線の照射により、第2熱可塑性繊維複合部材30も加熱されて溶融するため、凸部40と第2熱可塑性繊維複合部材30とを一体化させて接合することが容易となる。
<第2実施形態>
第1実施形態においては、接合部4のそれぞれから伸張した伸張部5を互いに接触することがないように、接合部4の配置及び数量を調整していたが、伸張部5が互いに接触して1つの伸張領域を形成するようにしてもよい。このような場合を第2実施形態として以下に説明する。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
第1実施形態においては、接合部4のそれぞれから伸張した伸張部5を互いに接触することがないように、接合部4の配置及び数量を調整していたが、伸張部5が互いに接触して1つの伸張領域を形成するようにしてもよい。このような場合を第2実施形態として以下に説明する。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
(接合体の構成)
まず、図9及び図10を参照しつつ、本実施形態の接合体の構造を説明する。図9は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図9は図1と同様に、接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図10は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図10は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
まず、図9及び図10を参照しつつ、本実施形態の接合体の構造を説明する。図9は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図9は図1と同様に、接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図10は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図10は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
図9に示すように、接合体101は、第1熱可塑性繊維複合部102、第2熱可塑性繊維複合部103、接合部104、及び伸張部105を有している。接合体101も第1実施形態に係る接合体1と同様に、熱可塑性繊維複合材からなる第1熱可塑性繊維複合部102と第2熱可塑性繊維複合部103とを接合している。第1実施形態に係る接合体1と異なる部分としては、接合部104の数量が多く、接合部104同士の距離が小さくなっている。そして、図10に示すように、互いに隣り合う接合部104から伸張した樹脂が互いに接触し、1つの伸張部105が形成されている。
第1熱可塑性繊維複合部102は、熱可塑性の樹脂である第1母材樹脂121、及び第1母材樹脂121に混合された複数の第1繊維部材122を備える。同様に、3つの第1繊維部材122のうち、第2熱可塑性繊維複合部103の最も近くに位置する第1繊維部材122は、第1母材樹脂121から接合部104の内部に向けて突出している。すなわち、第1繊維部材122は、第1実施形態に係る第1繊維部材22と比較して、多くの部分で突出している。このような第1繊維部材122の湾曲により、第1母材樹脂121及び接合部104の内部に共通する芯材が存在することになり、第1母材樹脂121と接合部104とを強固に接合することが可能になる。特に、本実施形態においては、第1実施形態と比較して突出した部分が多いため、より強固な接合が実現されている。
第2熱可塑性繊維複合部103は、熱可塑性の樹脂である第2母材樹脂131、及び第2母材樹脂131に混合された複数の第2繊維部材132を備える。なお、第2母材樹脂131は第1母材樹脂121とは同一の樹脂材料であってもよく、又は異なる樹脂材料であってもよい。同様に、第2繊維部材132は第1繊維部材122とは同一の繊維であってもよく、又は異なる繊維であってもよい。
接合部104のそれぞれは、第1実施形態と同様に、第1母材樹脂121と同一の樹脂から構成されている。また、接合部104は、後述する溶融処理により、第1母材樹脂121及び第2母材樹脂131と一体的に形成されている。このため、第1熱可塑性繊維複合部102と第2熱可塑性繊維複合部103とが接合部104を介して接合されることになる。
接合部104の形状、寸法及び咬合量は、第1実施形態に係る接合部4と同一である。このため、くさびとしての機能も同一であり、第2母材樹脂131と接合部104とがより強固に接合されている。また、第1繊維部材122の湾曲の程度及び接合部104へ入り込む量が十分に確保されており、第1熱可塑性繊維複合部102に対する接合部104の接合強度も十分に確保されている。
伸張部105は、第1母材樹脂121及び接合部104と同一の樹脂から構成されている。また、図10から分かるように、伸張部105は、接合部104を中心として接合部104の周囲に樹脂が伸張し、近傍に位置する他の接合部104から伸張した樹脂同士が接触することによって一体的に形成されている。すなわち、第1実施形態においては、伸張部5は分離していたものの、本実施形態においては、伸張部105同士が結合し、1つの伸張領域を形成している。このような伸張部105により、近傍に位置する接合部104同士の隙間が充填されることになり、露出部分の劣化がより低減され、接合体101としての信頼性を一層向上させることができる。
(接合体の製造方法)
次に、図9乃至12を参照しつつ、本実施形態に係る接合体101の製造方法を説明する。ここで、図11は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図12は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部を溶融する凸部溶融工程を示す。図13は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。
次に、図9乃至12を参照しつつ、本実施形態に係る接合体101の製造方法を説明する。ここで、図11は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図12は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部を溶融する凸部溶融工程を示す。図13は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。
先ず、第1実施形態と同様に、熱可塑性の第1母材樹脂121に第1繊維部材122が混合された平板状の第1熱可塑性繊維複合部材120が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂131に第2繊維部材132が混合された平板状の第2熱可塑性繊維複合部材130が準備される(準備工程)。なお、第1実施形態と同様に、製造工程が完了する時点において、第1熱可塑性繊維複合部材120が上述した第1熱可塑性繊維複合部102となり、第2熱可塑性繊維複合部材130が上述した第2熱可塑性繊維複合部103となる。
次に、第1実施形態と同様の方法により、第1熱可塑性繊維複合部材120の一方の表面120aに、第1母材樹脂121と同一の樹脂からなる凸部140を断続的に形成する(図11:凸部形成工程)。ここで、製造工程が完了する時点において、凸部140は上述した接合部104となる。このため、平面視においては、図10に示すような接合部104の位置に凸部140が形成される。また、凸部140の形状及び寸法は、第1実施形態に係る凸部40と同一であり、その配置箇所のみが異なっている。
次に、第1熱可塑性繊維複合部材120の表面120aと第2熱可塑性繊維複合部材130の表面130aを対向させ、その間に赤外線溶着用のヒーター160を差し入れる(図12)。ヒーター160は、凸部140に向けて赤外線を照射し、凸部140を加熱し溶融する。本実施形態においては、小型のヒーター160が使用され、2回に分けて赤外線照射による溶着処理が行われる。このため、先ずは6つの凸部140の半分(水平方向の片側半分)に対してヒーター160による赤外線照射が行われ、当該3つの凸部140が溶融する。次に、ヒーター160が水平方向(X軸方向)に移動し、6つの凸部140の残りの半分(水平方向の反対側半分)に対して赤外線照射を行う。そして、当該残りの3つの凸部も溶融する。
その後、図13に示すように、第1熱可塑性繊維複合部材120の表面120b側から圧力を加えることによって、凸部140を第2熱可塑性繊維複合部材130に接触及び溶着させる。これにより、凸部140は、第1熱可塑性繊維複合部材120及び第2熱可塑性繊維複合部材130と混ざり合うように一体化する。そして、凸部140は接合部104として、第1熱可塑性繊維複合部材120と第2熱可塑性繊維複合部材130とを接合することになる(接合部形成工程)。なお、第1実施形態と同様に、本実施形態においても、第1熱可塑性繊維複合部材120の表面120b側から圧力を加えているが、これに限られず、第2熱可塑性繊維複合部材130の表面130b側から圧力を加えてもよいし、両側から圧力を加えるようにしてもよい。
その結果、図9に示すように、6つの凸部140が第2熱可塑性繊維複合部材130の内部に向けて突出して咬合しつつ、第1繊維部材122が当該凸部140の内部に突出して入り込む。更に、6つの凸部140は、第2熱可塑性繊維複合部材130の水平方向に伸張し、伸張部105となる部分を形成する。
第1実施形態と同様に、本実施形態においても、凸部140が点在しているため、第1繊維部材122が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材130に向けて突出するようなことがない。更に、凸部140から伸張した樹脂は互いに接触し、1つの伸張部105である伸張領域を構成することになる。
第1実施形態と同様に、このような赤外線溶着器による溶着処理により、凸部140の溶融並びに入り込み、第1繊維部材122の湾曲、及び凸部140の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材120及び第2熱可塑性繊維複合部材130の接合が完了すると、図9に示すような接合体101が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部102と第2熱可塑性繊維複合部103とが接合部104によって接合され、接合部104の周囲に伸張部105が延在した状態が形成される。
(第2実施形態の作用効果)
本実施形態は、接合部104の数量及び配置箇所に違いがあるものの、第1実施形態に係る接合体1と同様の構成であるため、接合体1と同様の理由によって、接合体101としての接合強度が向上することになる。また、本実施形態においても、接合部104が第1熱可塑性繊維複合部102の全面ではなく、断続的且つ局所的に接合部104が点在するように形成されているため、接合部材となる樹脂の使用量を削減することができ、接合体1の製造に係るコスト低減も図ることができる。更に、このような接合部104となる凸部140の点在により、赤外線溶着用のヒーター160による複数回の溶着処理によっても、凸部140が損傷することが防止され、接合体101の信頼性を高めることができる。
本実施形態は、接合部104の数量及び配置箇所に違いがあるものの、第1実施形態に係る接合体1と同様の構成であるため、接合体1と同様の理由によって、接合体101としての接合強度が向上することになる。また、本実施形態においても、接合部104が第1熱可塑性繊維複合部102の全面ではなく、断続的且つ局所的に接合部104が点在するように形成されているため、接合部材となる樹脂の使用量を削減することができ、接合体1の製造に係るコスト低減も図ることができる。更に、このような接合部104となる凸部140の点在により、赤外線溶着用のヒーター160による複数回の溶着処理によっても、凸部140が損傷することが防止され、接合体101の信頼性を高めることができる。
本実施形態においては、特に、接合体101においては、1つの広がった伸張領域である伸張部105により、近傍に位置する接合部104同士の隙間が充填されることになり、露出部分の劣化がより低減され、接合体101としての信頼性を一層向上させることができる。
(第2実施形態の変形例)
上述した第2実施形態においては、伸張部105によって矩形状の伸張領域が形成されていたが、これに限定されない。例えば、図14に示すように、環状の伸張領域となるように伸張部105を形成してもよい。ここで、図14は、第2実施形態の変形例に係る接合体101を分離した状態の平面図である。
上述した第2実施形態においては、伸張部105によって矩形状の伸張領域が形成されていたが、これに限定されない。例えば、図14に示すように、環状の伸張領域となるように伸張部105を形成してもよい。ここで、図14は、第2実施形態の変形例に係る接合体101を分離した状態の平面図である。
そして、上述した実施形態における接合体101の製造方法において、ヒーター160によって赤外線を凸部140に照射していたが、第1実施形態の変形例(図8)のように、第2熱可塑性繊維複合部材130の表面130aにも照射してもよい。このような赤外線の照射により、第2熱可塑性繊維複合部材130も加熱されて溶融するため、凸部140と第2熱可塑性繊維複合部材130とを一体化させて接合することが容易となる。
図14に示すように、多数の接合部104’が点在するように形成されており、その周囲を囲むように伸張部105’(点線で示された領域)が形成されている。そして、伸張部105’の中心部分には、伸張部105’の材料である樹脂が伸張していない領域107が存在している。領域107は、伸張部105’、第1熱可塑性繊維複合部材120及び第2熱可塑性繊維複合部材130によって囲まれた閉じた空間である。換言すると、領域107は密閉された空間となる。
このように伸張部105’及び密閉された領域107を形成することにより、種々の用途に対応した接合体を製造することができる。例えば、接合体の中心部において、樹脂に充填されず、且つ外気に接触することが無いように、センサや他の電子部品を搭載する場合には、当該領域107が利用できることになる。また、接合体の形状によっては、接合部及び伸張部を設けずに接合強度を確保する場合もあり、このような場合にも応用することができる。
<第3実施形態>
第1実施形態においては、平板状の第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30を用いて平板状の接合体1を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材及び接合体が湾曲していてもよい。このような場合を第3実施形態として図15を参照しつつ説明する。ここで、図15は第3実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
第1実施形態においては、平板状の第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30を用いて平板状の接合体1を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材及び接合体が湾曲していてもよい。このような場合を第3実施形態として図15を参照しつつ説明する。ここで、図15は第3実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
図15に示すように、本実施形態においては、熱可塑性の第1母材樹脂221に第1繊維部材222が混合された波状の第1熱可塑性繊維複合部材220が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂231に第2繊維部材232が混合された波状の第2熱可塑性繊維複合部材230が準備される。ここで、第1熱可塑性繊維複合部材220の一方の表面220aには、第1母材樹脂221と同一の樹脂からなる凸部240が断続的に形成されている。特に、波状の山と谷の部分に、円錐状の凸部240が形成されている。なお、各熱可塑性繊維複合部材の準備工程と、凸部形成工程については、第1実施形態と同様にして行われる。
また、図15に示すように、第1熱可塑性繊維複合部材220の表面220aと第2熱可塑性繊維複合部材230の表面230aを対向させ、その間に赤外線溶着用のヒーター260を差し入れる。ヒーター260は、凸部240に向けて赤外線を照射し、凸部240を加熱し溶融する。本実施形態においては、1つの凸部240に対して溶着処理が行えるような小型のヒーター260が使用される。このため、凸部240の形成されている周辺を、赤外線照射によって局所的に加熱することができ、凸部240のそれぞれを溶融することができる。
その後、第1熱可塑性繊維複合部材220の表面220b側から圧力を加えることによって、凸部240を第2熱可塑性繊維複合部材230に接触及び溶着させる。これにより、凸部240は、第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230と混ざり合うように一体化する。そして、凸部240は接合部204として、第1熱可塑性繊維複合部材220と第2熱可塑性繊維複合部材230とを接合することになる。なお、本実施形態においても、押圧は第2熱可塑性繊維複合部材230の表面230b側から行ってもよいし、両側から行うようにしてもよい。
上記工程を経て、第1熱可塑性繊維複合部材220が第1熱可塑性繊維複合部202となり、第2熱可塑性繊維複合部材230が第2熱可塑性繊維複合部203となる。また、本実施形態においても、凸部240が点在しているため、第1繊維部材222が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材230に向けて突出するようなことがない。
第1実施形態と同様に、このような赤外線溶着器による溶着処理により、凸部240の溶融並びに入り込み、第1繊維部材222の湾曲、及び凸部240の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230の接合が完了すると、図15の下方に示すような接合体201が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部202と第2熱可塑性繊維複合部203とが接合部204によって接合され、接合部204の周囲に伸張部205が延在した状態が形成される。
このように、本実施形態においては、湾曲した熱可塑性複合部材に対しても、所望の接合箇所に凸部240を形成して溶融することにより、接合体201として接合が必要となる部分について、的確かつ強固な接合が実現可能となる。また、接合部204が点在するように形成されているため、接合の無駄を削減し、接合体201の製造に係るコスト低減も図ることができる。
そして、上述した実施形態における接合体201の製造方法において、ヒーター260によって赤外線を凸部240に照射していたが、第1実施形態の変形例(図8)のように、第2熱可塑性繊維複合部材230の表面230aにも照射してもよい。このような赤外線の照射により、第2熱可塑性繊維複合部材230も加熱されて溶融するため、凸部240と第2熱可塑性繊維複合部材230とを一体化させて接合することが容易となる。
<第4実施形態>
第3実施形態においては、波状の第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230を用いて接合体201を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材が折れ曲がった形状であってもよい。また、上述した実施形態においては、接合部となる凸部を一方の熱可塑性繊維複合部材のみに形成していたが、両方の熱可塑性繊維複合部材に形成してもよい。このような場合を第4実施形態として図16を参照しつつ説明する。ここで、図16は本実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
第3実施形態においては、波状の第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230を用いて接合体201を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材が折れ曲がった形状であってもよい。また、上述した実施形態においては、接合部となる凸部を一方の熱可塑性繊維複合部材のみに形成していたが、両方の熱可塑性繊維複合部材に形成してもよい。このような場合を第4実施形態として図16を参照しつつ説明する。ここで、図16は本実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
図16に示すように、本実施形態においては、熱可塑性の第1母材樹脂321に第1繊維部材322が混合されたL字状の第1熱可塑性繊維複合部材320が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂331に第2繊維部材332が混合されたL字状の第2熱可塑性繊維複合部材330が準備される。ここで、第1熱可塑性繊維複合部材320の一方の表面320aには、第1母材樹脂321と同一の樹脂からなる凸部340が形成され、第2熱可塑性繊維複合部材330の一方の表面330aには、第2母材樹脂331と同一の樹脂からなる2つの凸部341が形成されている。特に、第1熱可塑性繊維複合部材320の折れ曲がった部分に凸部340が形成され、第2熱可塑性繊維複合部材330の両端に凸部341が形成されている。なお、各熱可塑性繊維複合部材の準備工程と、凸部形成工程については、第1実施形態と同様にして行われる。ここで、凸部341が追加凸部に該当する。
また、図16に示すように、第1熱可塑性繊維複合部材320の表面320aと第2熱可塑性繊維複合部材330の表面330aを対向させ、その間に赤外線溶着用のヒーター360を差し入れる。ヒーター360は、凸部340,341に向けて赤外線を順次に照射し、凸部340,341を加熱し溶融する。本実施形態においても、1つの凸部340,341に対して溶着処理が行えるような小型のヒーター360が使用される。このため、凸部340,341の形成されている周辺を、赤外線照射によって局所的に加熱することができ、凸部340,341のそれぞれを溶融することができる。なお、本実施形態において、ヒーター360は、凸部340,341のそれぞれに対して順次に赤外線を照射しているが、これに限られない。例えば、差し込みが可能な範囲でヒーター360を大型にしたり、またヒーター360の両側から赤外線を照射するようにしたりして、複数の凸部を同時に溶融してもよい。
その後、圧力を加えることにより、凸部340を第2熱可塑性繊維複合部材330に、凸部341を第1熱可塑性繊維複合部材320に、それぞれを接触及び溶着させる。本実施形態においても、溶着処理自体は同一であるため、第1実施形態と同様に、凸部340(接合部304a)が第2熱可塑性繊維複合部材330の内部に向けて突出して咬合しつつ、第1繊維部材322が凸部340の内部に突出して入り込む。また、凸部341(接合部304b)が第1熱可塑性繊維複合部材320の内部に向けて突出して咬合しつつ、第2繊維部材332が凸部341に内部に突出して入り込む。更に、凸部340,341は、第1熱可塑性繊維複合部材320と第2熱可塑性繊維複合部材330との接合面に沿って伸張し、凸部340,341を中心として3つの伸張部305が形成される。
上記工程を経て、凸部340は接合部304a、凸部341は接合部304bとして、第1熱可塑性繊維複合部材320及び第2熱可塑性繊維複合部材330が接合され、第1熱可塑性繊維複合部材320が第1熱可塑性繊維複合部302となり、第2熱可塑性繊維複合部材330が第2熱可塑性繊維複合部303となる。また、本実施形態においても、凸部340,341が点在しているため、第1繊維部材322が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材330に向けて突出するようなことがなく、第2繊維部材332が全体的に湾曲して、第1熱可塑性繊維複合部材320に向けて突出するようなことがない。
第1実施形態と同様に、このような赤外線溶着器による溶着処理により、凸部340,341の溶融並びに入り込み、第1繊維部材322及び第2繊維部材332の湾曲、及び凸部340,341の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材320及び第2熱可塑性繊維複合部材330の接合が完了すると、図16の下方に示すような接合体301が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部302と第2熱可塑性繊維複合部303とが接合部304a、304bによって接合され、接合部304a,304bの周囲のそれぞれに伸張部305が延在した状態が形成される。ここで、接合部304bが追加接合部に該当し、接合部304bの周囲に形成された伸張部305が追加伸張部に該当する。
特に、本実施形態においては、接合部304a、304bが接合体301を構成する2つの第1熱可塑性繊維複合部302及び第2熱可塑性繊維複合部303に向けて突出して咬合するため、接合体301として接合強度がより高まることになる。また、本実施形態においては、接合体301を構成する2つの第1熱可塑性繊維複合部材320及び第2熱可塑性繊維複合部材330の各繊維部材が接合部304a,304bに入り込んでいるため、接合体301として接合強度がより一層高まることになる。
更に、本実施形態においては、屈曲した熱可塑性複合部材に対しても、所望の接合箇所に凸部340,341を形成して溶融することにより、接合体301として接合が必要とする部分について、的確かつ強固な接合を実現可能となる。また、接合部304a,304bが点在するように形成されているため、接合の無駄を削減し、接合体301の製造に係るコスト低減も図ることができる。
なお、上記実施形態の場合においても、3つの伸張部305を互いに接続させ、1つの伸張領域を形成してもよい。これにより、第1熱可塑性繊維複合部302及び第2熱可塑性繊維複合部303の露出量を低減し、接合体301としての信頼性を高めることができる。
そして、上述した実施形態における接合体301の製造方法において、ヒーター360によって赤外線を凸部340,341に照射していたが、第1実施形態の変形例(図8)のように、第2熱可塑性繊維複合部材330の表面330a及び第1熱可塑性繊維複合部材320の表面320aにも照射してもよい。このような赤外線の照射により、第2熱可塑性繊維複合部材330及び第1熱可塑性繊維複合部材320も加熱されて溶融するため、凸部340と第2熱可塑性繊維複合部材330とを一体化させ、凸部341と第1熱可塑性繊維複合部材320とを一体化させて接合することが容易となる。
<第5実施形態>
(接合体の構成)
第1乃至第4実施形態においては、熱可塑性複合部材同士を赤外線溶着によって接合していたが、これを超音波溶着によって接合するようにしてもよい。このような場合を第5乃至第8実施形態として、以下に説明する。まず、図17及び図18を参照しつつ、本開示の接合体の構造を説明する。図17は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図17は接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図18は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図18は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
(接合体の構成)
第1乃至第4実施形態においては、熱可塑性複合部材同士を赤外線溶着によって接合していたが、これを超音波溶着によって接合するようにしてもよい。このような場合を第5乃至第8実施形態として、以下に説明する。まず、図17及び図18を参照しつつ、本開示の接合体の構造を説明する。図17は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図17は接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図18は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図18は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
図17に示すように、接合体1は、積層された2枚の平板部材である熱可塑性繊維複合材を溶融処理によって接合した部材である。具体的に、接合体1は、第1熱可塑性繊維複合部2、第2熱可塑性繊維複合部3、接合部4、及び伸張部5を有している。すなわち、接合体1においては、熱可塑性繊維複合材からなる第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とが、接合部4を介して接合されているとともに、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との間に、3つの断続的な接合部4及び接合部4のそれぞれの周囲に延在する3つの伸張部5が介在している。
ここで、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3が積層された方向(Z軸方向)を積層方向、接合方向、又は鉛直方向と称する。また、当該Z軸方向に直交する一方の方向(X軸方向)を水平方向又は長辺方向と称し、他方の直交する方向(Y軸方向)を短辺方向と称する。これらの方向については、図17乃至図33においても共通する。
第1熱可塑性繊維複合部2は、熱可塑性の樹脂である第1母材樹脂21、及び第1母材樹脂21に混合された複数の第1繊維部材22を備える。第1母材樹脂21としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリアクリル酸、又はポリアミドであってもよく、熱可塑性のエンジニアリングプラスチックであってもよい。熱可塑性のエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、芳香族ポリエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、又はポリエーテルサルホン(PES)であってもよい。また、第1繊維部材22としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、又は炭素繊維であってもよい。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部2は、短繊維状のガラス繊維又は炭素繊維を用いて射出成形した繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP:fiber reinforced thermoplastics)であってもよい。そして、第1繊維部材22にガラス繊維が使用されると、第1熱可塑性繊維複合部2はガラス繊維強化熱可塑性プラスチック(GFRTP:glass fiber reinforced thermoplastics)から構成され、第1繊維部材22にカーボン繊維が使用されると、第1熱可塑性繊維複合部2は炭素繊維強化可塑性プラスチック(CFRTP:carbon fiber reinforced thermoplastics)から構成される。
図17において、第1母材樹脂21の内部に3つの第1繊維部材22が混合されているが、数量はこれに限定されない。また、3つの第1繊維部材22のうち、第2熱可塑性繊維複合部3に対して最も近くに位置する(すなわち、Z軸方向である積層方向の下方に位置する)第1繊維部材22は、部分的に湾曲している。具体的に、当該第1繊維部材22は、3つの接合部4のそれぞれの近傍において湾曲し、第1母材樹脂21(すなわち、第1熱可塑性繊維複合部2)から接合部4の内部に向けて突出している。換言すると、当該第1繊維部材22の湾曲している部分は、接合部4の内部に位置している。このような第1繊維部材22の湾曲により、第1母材樹脂21及び接合部4の内部に共通する芯材が存在することになり、第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合することが可能になる。
なお、3つの第1繊維部材22のうち、第2熱可塑性繊維複合部3から離間して位置する他の2つは、図17においては湾曲していないものの、上記湾曲した第1繊維部材22のように湾曲していてもよい。
第2熱可塑性繊維複合部3は、熱可塑性の樹脂である第2母材樹脂31、及び第2母材樹脂31に混合された複数の第2繊維部材32を備える。第2母材樹脂31としては、第1母材樹脂21同様に、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポリアクリル酸、又はポリアミドであってもよく、熱可塑性のエンジニアリングプラスチックであってもよい。熱可塑性のエンジニアリングプラスチックとしては、例えば、芳香族ポリエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、又はポリエーテルサルホン(PES)であってもよい。また、第2繊維部材32としては、第1繊維部材22と同様に、ガラス繊維、アラミド繊維、又は炭素繊維であってもよい。すなわち、第2熱可塑性繊維複合部も、短繊維状のガラス繊維又は炭素繊維を用いて射出成形した繊維強化熱可塑性プラスチック(FRTP)から構成されてもよい。そして、第2繊維部材32にガラス繊維が使用されると、第2熱可塑性繊維複合部3はガラス繊維強化熱可塑性プラスチック(GFRTP)であり、第2繊維部材32にカーボン繊維が使用されると、第2熱可塑性繊維複合部3は炭素繊維強化可塑性プラスチック(CFRTP)から構成される。
なお、第2母材樹脂31は第1母材樹脂21とは同一の樹脂材料であってもよく、又は異なる樹脂材料であってもよい。同様に、第2繊維部材32は第1繊維部材22とは同一の繊維であってもよく、又は異なる繊維であってもよい。
接合部4のそれぞれは、熱可塑性の樹脂から構成されている。本実施形態において、接合部4は、第1母材樹脂21と同一の樹脂から構成されている。また、接合部4は、後述する溶融処理により、第1母材樹脂21及び第2母材樹脂31と一体的に形成されている。このため、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とが接合部4を介して接合されることになる。
本実施形態において、接合部4のそれぞれは、第2熱可塑性繊維複合部3の内部に向けて突出し、その一部が第2熱可塑性繊維複合部3に入り込んでいる。図1及び図2において接合部4の全体形状は円柱状で示されているが、半球状、円錐、円錐台、角柱状、角錐、角錐台等の各種の立体形状であってもよい。このような構造及び形状により、接合部4のそれぞれは、第2熱可塑性繊維複合部3と咬合している。換言すると、接合部4のそれぞれは、くさびとして機能することになる。このため、第2母材樹脂31と接合部4とをより強固に接合することが可能になる。
ここで、積層方向における接合部4の寸法(高さ)は、例えば0.1mm以上5.0mm以下であってもよく、0.14mm以上2.0mm以下であってもよく、好ましくは0.2mm以上1.2mm以下である。また、第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する部分の寸法(高さ)は、例えば0.02mm以上0.5mm以下であってもよく、好ましくは0.1mm以上0.3mm以下である。加えて、水平方向における接合部4の寸法(直径)は、接合する材料や接合体の寸法によっても適宜調整可能であるが、例えば、0.5mm以上10.0mm以下であってもよく、好ましくは1.0mm以上5.0mm以下であってもよい。このような寸法を採用することにより、第2熱可塑性繊維複合部3に対する接合部4の入り込み量を十分確保することができ、第2熱可塑性繊維複合部3に対する接合部4の接合強度をより高めることができる。また、このような寸法を採用することにより、上述した第1繊維部材22の湾曲の程度及び接合部4への入り込み量を十分に確保することができる。
そして、上述した接合部4の寸法以外に、接合部4の第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する場合、当該咬合する部分の水平方向(X軸方向及びY軸方向)割合は、接合部4の全体面積の20%以上80%以下であってもよく、好ましくは40%以上60%以下である。また、接合部4の全部が第2熱可塑性繊維複合部3と咬合する場合、当該咬合する部分である接合部4の水平方向(X軸方向及びY軸方向)の割合は、接合部4及び伸張部5が占める水平方向の面積の20%以上80%以下であってもよく、好ましくは40%以上60%以下である。このような咬合量の調整により、第2熱可塑性繊維複合部3に対する接合部4の接合強度を十分に確保することができる。特に、いずれの場合であっても、水平方向の割合を約50%とすることにより、咬合量と伸張量のバランスが最適化され、接合部4の接合強度をより高めることができる。
上述したように、第1繊維部材22の湾曲によって第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合しつつ、接合部4の咬合によって第2母材樹脂31と接合部4を強固に接合できるため、接合体1としての接合強度が向上することになる。すなわち、接合部4の配置及び第1繊維部材22の湾曲にともなう接合部4への入り込みにより、一般的な溶融のみによる接合と比較して、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とをより強固に接合することが可能になっている。
伸張部5は、熱可塑性の樹脂から構成されている。本実施形態において、接合部4は、第1母材樹脂21及び接合部4と同一の樹脂から構成されている。また、図2に示すように、伸張部5は、接合部4を中心として接合部4の周囲に伸張することによって形成されている。換言すると、伸張部5は、接合部4の周囲において略環状に広がっており、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との間に延在する。
伸張部5は、接合部4とは異なり、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3とは非接合の状態を維持している。すなわち、伸張部5は、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との接合に寄与することがなく、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3の隙間を埋めているだけとなる。このような伸張部5を設けることにより、接合部4の露出を防止し、更には第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3の接合部分における露出量を低減することができる。これにより、露出部分の劣化が低減され、接合体1としての信頼性を向上することができる。なお、接合部4においては、第1繊維部材22の入り込みが生じるが、伸張部5においては、上述したように接合に寄与することがないため、本実施形態において第1繊維部材22の入り込みが生じていない。ただし、第1繊維部材22の状態や樹脂の流れ込みの量によっては、伸張部5に第1繊維部材22が入り込むこともある。
(接合体の製造方法)
次に、図17乃至22を参照しつつ、本実施形態に係る接合体1の製造方法を説明する。ここで、図19は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材の準備工程を示す。図20は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図21は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材を積層する積層工程を示す。図22は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。また、図23は本実施形態に係る接合体1のサンプルの断面写真である。
次に、図17乃至22を参照しつつ、本実施形態に係る接合体1の製造方法を説明する。ここで、図19は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材の準備工程を示す。図20は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図21は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材を積層する積層工程を示す。図22は、本実施形態に係る接合体1の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。また、図23は本実施形態に係る接合体1のサンプルの断面写真である。
先ず、熱可塑性の第1母材樹脂21に第1繊維部材22が混合された平板状の第1熱可塑性繊維複合部材20が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂31に第2繊維部材32が混合された平板状の第2熱可塑性繊維複合部材30が準備される(図19:準備工程)。ここで、製造工程が完了する時点において、第1熱可塑性繊維複合部材20が上述した第1熱可塑性繊維複合部2となり、第2熱可塑性繊維複合部材30が上述した第2熱可塑性繊維複合部3となる。
次に、第1熱可塑性繊維複合部材20の一方の表面20aに、第1母材樹脂21と同一の樹脂からなる凸部40を断続的に形成する(図20:凸部形成工程)。ここで、製造工程が完了する時点において、凸部40は上述した接合部4となる。このため、平面視においては、図18に示すような接合部4の位置に凸部40が形成される。凸部40の形成方法としては、図18に示すような接合部4の位置に凸部40が形成されていればよく、例えば、接合部4を形成したい領域に対して、所望の量の熱可塑性の樹脂をスポット的に塗布することによって形成してもよい。また、凸部40のための樹脂を塗布する表面20aに凹部を事前に形成し、樹脂の塗布を容易に行えるようにしてもよい。このような場合には、最終的に完成する接合体1の第1熱可塑性繊維複合部2において、凹部が残存していてもよい。
ここで、凸部40の全体形状には、円柱状、半球状、円錐、円錐台、角柱状、角錐、角錐台等の各種の立体形状を採用することができる。特に、半球状、円錐、角錐等の形状は、接合部4としてのくさび機能を実現しやすくなる。凸部40の寸法(高さ)は、例えば、0.1mm以上5.0mm以下であってもよく、好ましくは0.2mm以上1.5mm以下であってもよく、より好ましくは0.5mm以上1.2mm以下である。更に、水平方向における凸部40の寸法(面積)は、0.2mm2以上30mm2以下であってもよく、好ましくは0.8mm2以上20mm2以下である。これらの寸法は、後述する凸部40の溶融を考慮して設定されることが好ましい。このため、凸部の寸法は、最終的な接合部4の寸法及び溶融処理の方法並びに条件に基づいて決定される。
次に、第1熱可塑性繊維複合部材20の表面20aと第2熱可塑性繊維複合部材30の表面30aを対向させ(図21)、凸部40が第1熱可塑性繊維複合部材20と第2熱可塑性繊維複合部材30との間に挟まれるように、第2熱可塑性繊維複合部材30上に第1熱可塑性繊維複合部材20が積層される。以下において、このような積層された状態のものを積層中間体とも称する。
次に、図22に示すように、超音波溶着用のホーン70が第1熱可塑性繊維複合部材20の表面20bに押し当てられ、積層中間体に超音波振動が与えられる。当該超音波振動は、第1熱可塑性繊維複合部材20と凸部40とが既に一体化されているため、第1熱可塑性繊維複合部材20を介して凸部40に伝達し、第2熱可塑性繊維複合部材30と凸部40との間に摩擦熱が発生する。これにより、凸部40は、溶融することになり、第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30と混ざり合うように一体化する。そして、凸部40は接合部4として、第1熱可塑性繊維複合部材20と第2熱可塑性繊維複合部材30とを接合することになる(接合部形成工程)。
ここで、凸部40は、第1熱可塑性繊維複合部材20から第2熱可塑性繊維複合部材30に向けて押圧されているため、上述した摩擦熱が生じる部分において、凸部40が第2熱可塑性繊維複合部材30の内部に変位しやすくなる。このため、凸部40が第2熱可塑性繊維複合部材30の内部に向けて突出して咬合することになる。
また、凸部40のこのような突出により、凸部40の近傍において、凸部40に向かった第1母材樹脂21の流動が生じ、凸部40の近傍の第1繊維部材22が湾曲する。上記凸部40の溶融が生じることにより、当該流動に伴った第1繊維部材22の変位に対応して凸部40(すなわち、接合部4)の内部に第1繊維部材22が突出して入り込むことになる。特に、本実施形態においては、凸部40が点在しているため、第1繊維部材22が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材30に向けて突出するようなことがない。
更に、凸部40の溶融が生じると、ホーン70の押圧によって、凸部40はその周辺に広がることになる。すなわち、凸部40は、第2熱可塑性繊維複合部材30の水平方向に伸張することになる。この際、凸部40が伸張する部分においては、伸張した樹脂が第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30と混ざり合うほどの摩擦熱が生じることがないため、当該伸張する部分は第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30と非接合の状態となり、伸張部5を構成することになる。
そして、上記のようなホーン70を備える超音波溶着器による溶着処理により、凸部40の溶融並びに入り込み、第1繊維部材22の湾曲、及び凸部40の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30の接合が完了すると、図1に示すような接合体1が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3とが接合部4によって接合され、接合部4の周囲に伸張部5が延在した状態が形成される。
ここで、本実施形態に係る接合体1を実際に製造し、完成した接合体1を積層方向に沿って切断し、その断面を撮像した写真を図23に示す。図23においては、第1熱可塑性繊維複合部2と第2熱可塑性繊維複合部3との間に、接合部4及び伸張部5が形成されていることがわかる。また、接合部4の全体形状が円錐状であり、第2熱可塑性繊維複合部3に向けて突出して咬合していることもわかる。更に、点線で示された第1繊維部材22が部分的に湾曲し、湾曲した部分が接合部4に入り込んでいることもわかる。
(第5実施形態の作用効果)
本実施形態においては、接合部4のそれぞれが第2熱可塑性繊維複合部3と咬合し、くさびとして機能しているため、第2母材樹脂31と接合部4とをより強固に接合することができる。また、第1繊維部材22の湾曲及び接合部4に向けた突出により、第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合することもできる。これにより、接合体1としての接合強度が向上することになる。
本実施形態においては、接合部4のそれぞれが第2熱可塑性繊維複合部3と咬合し、くさびとして機能しているため、第2母材樹脂31と接合部4とをより強固に接合することができる。また、第1繊維部材22の湾曲及び接合部4に向けた突出により、第1母材樹脂21と接合部4とを強固に接合することもできる。これにより、接合体1としての接合強度が向上することになる。
また、本実施形態においては、接合部4が第1熱可塑性繊維複合部2の全面ではなく、断続的且つ局所的に接合部4が点在するように形成されている。このため、接合部材となる樹脂の使用量を削減することができ、接合体1の製造に係るコスト低減も図ることができる。
更に、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3との間に非接合の伸張部5が形成されることにより、第1熱可塑性繊維複合部2及び第2熱可塑性繊維複合部3の接合部分における露出量が低減され、接合体1としての信頼性が向上することになる。
(第5実施形態の変形例)
なお、上述した実施形態においては、第1繊維部材22の一部が接合部4に入り込むように突出していたが、接合部4に入り込まない程度に湾曲していてもよい。このような場合であっても、第2熱可塑性繊維複合部材30に対する接合部4の咬合は形成されるため、接合体1としての接合強度は十分に確保できる。
なお、上述した実施形態においては、第1繊維部材22の一部が接合部4に入り込むように突出していたが、接合部4に入り込まない程度に湾曲していてもよい。このような場合であっても、第2熱可塑性繊維複合部材30に対する接合部4の咬合は形成されるため、接合体1としての接合強度は十分に確保できる。
また、上述した実施形態においては、接合部4のそれぞれが第2熱可塑性繊維複合部3と咬合していたが、接合部4が第2熱可塑性繊維複合部3の表面において接合し、第2熱可塑性繊維複合部3に咬合しなくてもよい。このような場合であっても、接合部4の材料と第1熱可塑性繊維複合部2の母材の材料が同一であるため、接合体1としての接合強度は十分に確保できる。
また、上述した実施形態において、接合体1の製造方法においては比較的に大型のホーン70によって1回の超音波溶着処理が施されていたが、接合体1及びホーン70の寸法に応じて、複数回の超音波溶着処理が施されてもよい。このような場合であっても、凸部40が断続的且つ局所的に形成されているため、一度溶融した凸部40に再度の超音波溶着処理が施されることがなく、接合部4の損傷が生じることが抑制される。
更に、上述した実施形態において、溶着処理に超音波溶着が用いられていたがこれに限定されない。例えば、溶着処理にガス溶着が用いられてもよい。このような場合であっても、凸部40が断続的且つ局所的に形成されているため、接合部となる樹脂が帯状又は平板状に形成される場合と比較して、照射距離等に起因する温度ムラを小さくすることができ、接合面における接合強度を均一に保つことができる。
そして、上述した実施形態においては、2つの第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30を積層して、2つの熱可塑性繊維複合部材を接合していたが、3つ以上の熱可塑性繊維複合部材を積層して接合してもよい。
<第6実施形態>
第5実施形態においては、接合部4のそれぞれから伸張した伸張部5を互いに接触することがないように、接合部4の配置及び数量を調整していたが、伸張部5が互いに接触して1つの伸張領域を形成するようにしてもよい。このような場合を第6実施形態として以下に説明する。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
第5実施形態においては、接合部4のそれぞれから伸張した伸張部5を互いに接触することがないように、接合部4の配置及び数量を調整していたが、伸張部5が互いに接触して1つの伸張領域を形成するようにしてもよい。このような場合を第6実施形態として以下に説明する。なお、第1実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
(接合体の構成)
まず、図24及び図25を参照しつつ、本実施形態の接合体の構造を説明する。図24は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図24は図17と同様に、接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図25は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図25は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
まず、図24及び図25を参照しつつ、本実施形態の接合体の構造を説明する。図24は、本実施形態に係る接合体の断面図である。特に、図24は図17と同様に、接合体の厚み方向(積層方向)に沿った断面図である。また、図25は、本実施形態に係る接合体を分離した状態の平面図である。特に、図25は接合部において接合体を分離した状態の第1熱可塑性繊維部材側の平面図である。
図24に示すように、接合体101は、第1熱可塑性繊維複合部102、第2熱可塑性繊維複合部103、接合部104、及び伸張部105を有している。接合体101も第1実施形態に係る接合体1と同様に、熱可塑性繊維複合材からなる第1熱可塑性繊維複合部102と第2熱可塑性繊維複合部103とを接合している。第1実施形態に係る接合体1と異なる部分としては、接合部104の数量が多く、接合部104同士の距離が小さくなっている。そして、図25に示すように、互いに隣り合う接合部104から伸張した樹脂が互いに接触し、1つの伸張部105が形成されている。
第1熱可塑性繊維複合部102は、熱可塑性の樹脂である第1母材樹脂121、及び第1母材樹脂121に混合された複数の第1繊維部材122を備える。同様に、3つの第1繊維部材122のうち、第2熱可塑性繊維複合部103の最も近くに位置する第1繊維部材122は、第1母材樹脂121から接合部104の内部に向けて突出している。すなわち、第1繊維部材122は、第1実施形態に係る第1繊維部材22と比較して、多くの部分で突出している。このような第1繊維部材122の湾曲により、第1母材樹脂121及び接合部104の内部に共通する芯材が存在することになり、第1母材樹脂121と接合部104とを強固に接合することが可能になる。特に、本実施形態においては、第1実施形態と比較して突出した部分が多いため、より強固な接合が実現されている。
第2熱可塑性繊維複合部103は、熱可塑性の樹脂である第2母材樹脂131、及び第2母材樹脂131に混合された複数の第2繊維部材132を備える。なお、第2母材樹脂131は第1母材樹脂121とは同一の樹脂材料であってもよく、又は異なる樹脂材料であってもよい。同様に、第2繊維部材132は第1繊維部材122とは同一の繊維であってもよく、又は異なる繊維であってもよい。
接合部104のそれぞれは、第1実施形態と同様に、第1母材樹脂121と同一の樹脂から構成されている。また、接合部104は、後述する溶融処理により、第1母材樹脂121及び第2母材樹脂131と一体的に形成されている。このため、第1熱可塑性繊維複合部102と第2熱可塑性繊維複合部103とが接合部104を介して接合されることになる。
接合部104の形状、寸法及び咬合量は、第1実施形態に係る接合部4と同一である。このため、くさびとしての機能も同一であり、第2母材樹脂131と接合部104とがより強固に接合されている。また、第1繊維部材122の湾曲の程度及び接合部104へ入り込む量が十分に確保されており、第1熱可塑性繊維複合部102に対する接合部104の接合強度も十分に確保されている。
伸張部105は、第1母材樹脂121及び接合部104と同一の樹脂から構成されている。また、図25から分かるように、伸張部105は、接合部104を中心として接合部104の周囲に樹脂が伸張し、近傍に位置する他の接合部104から伸張した樹脂同士が接触することによって一体的に形成されている。すなわち、第5実施形態においては、伸張部5は分離していたものの、本実施形態においては、伸張部105同士が結合し、1つの伸張領域を形成している。このような伸張部105により、近傍に位置する接合部104同士の隙間が充填されることになり、露出部分の劣化がより低減され、接合体101としての信頼性を一層向上させることができる。
(接合体の製造方法)
次に、図24乃至29を参照しつつ、本実施形態に係る接合体101の製造方法を説明する。ここで、図26は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図27は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材を積層する積層工程を示す。図28は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。図29は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における部分断面図であり、1回目の超音波溶着による一部の接合部の形成を示す。図30は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における部分断面図であり、2回目の超音波溶着による残部の接合部の形成を示す。
次に、図24乃至29を参照しつつ、本実施形態に係る接合体101の製造方法を説明する。ここで、図26は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部となる凸部の凸部形成工程を示す。図27は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、熱可塑性繊維複合部材を積層する積層工程を示す。図28は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における断面図であり、接合部の接合部形成工程を示す。図29は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における部分断面図であり、1回目の超音波溶着による一部の接合部の形成を示す。図30は、本実施形態に係る接合体101の製造工程における部分断面図であり、2回目の超音波溶着による残部の接合部の形成を示す。
先ず、第5実施形態と同様に、熱可塑性の第1母材樹脂121に第1繊維部材122が混合された平板状の第1熱可塑性繊維複合部材120が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂131に第2繊維部材132が混合された平板状の第2熱可塑性繊維複合部材130が準備される(準備工程)。なお、第1実施形態と同様に、製造工程が完了する時点において、第1熱可塑性繊維複合部材120が上述した第1熱可塑性繊維複合部102となり、第2熱可塑性繊維複合部材130が上述した第2熱可塑性繊維複合部103となる。
次に、第5実施形態と同様の方法により、第1熱可塑性繊維複合部材120の一方の表面120aに、第1母材樹脂121と同一の樹脂からなる凸部140を断続的に形成する(図26:凸部形成工程)。ここで、製造工程が完了する時点において、凸部140は上述した接合部104となる。このため、平面視においては、図25に示すような接合部104の位置に凸部140が形成される。また、凸部140の形状及び寸法は、第1実施形態に係る凸部40と同一であり、その配置箇所のみが異なっている。
次に、第1熱可塑性繊維複合部材120の表面120aと第2熱可塑性繊維複合部材130の表面130aを対向させ(図27)、凸部140が第1熱可塑性繊維複合部材120と第2熱可塑性繊維複合部材130との間に挟まれるように、第2熱可塑性繊維複合部材130上に第1熱可塑性繊維複合部材120が積層される。
次に、図28に示すように、超音波溶着用のホーン170が第1熱可塑性繊維複合部材120の表面120bに押し当てられ、積層中間体に超音波振動が与えられる。本実施形態においては、小型のホーン170が使用され、2回に分けて超音波振動による溶着処理が行われる。このため、先ずは6つの凸部140の半分(水平方向の片側半分)の上方にホーン170が押し当てられる。そして、3つの凸部140には超音波振動が伝達し、当該3つの凸部140が溶融する。また、溶着処理自体は同一であるため、第5実施形態と同様に、3つの凸部140が第2熱可塑性繊維複合部材130の内部に向けて突出して咬合しつつ、第1繊維部材122が凸部140の内部に突出して入り込む(図29)。更に、凸部140は、第2熱可塑性繊維複合部材130の水平方向に伸張し、製造完了の際に伸張部105の一部となる部分を形成する。
次に、図30に示すように、6つの凸部140の残り半分(水平方向の反対側半分)の上方にホーン170が押し当てられる。そして、残り3つの凸部140にも超音波振動が伝達し、当該3つの凸部140が溶融する。上記凸部140と同様に、残り3つの凸部140が第2熱可塑性繊維複合部材130の内部に向けて突出して咬合しつつ、第1繊維部材122が当該凸部140の内部に突出して入り込む。更に、残り3つの凸部140は、第2熱可塑性繊維複合部材130の水平方向に伸張し、伸張部105の一部となる部分を形成する。
上記工程を経て、凸部140は接合部104として、第1熱可塑性繊維複合部材120と第2熱可塑性繊維複合部材130を接合することになる(接合部形成工程)。また、本実施形態においても、凸部140が点在しているため、第1繊維部材122が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材130に向けて突出するようなことがない。更に、凸部140から伸張した樹脂は互いに接触し、1つの伸張部105である伸張領域を構成することになる。
第5実施形態と同様に、このような超音波溶着器による溶着処理により、凸部140の溶融並びに入り込み、第1繊維部材122の湾曲、及び凸部140の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材120及び第2熱可塑性繊維複合部材130の接合が完了すると、図24に示すような接合体101が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部102と第2熱可塑性繊維複合部103とが接合部104によって接合され、接合部104の周囲に伸張部105が延在した状態が形成される。
(第6実施形態の作用効果)
本実施形態は、接合部104の数量及び配置箇所に違いがあるものの、第1実施形態に係る接合体1と同様の構成であるため、接合体1と同様の理由によって、接合体101としての接合強度が向上することになる。また、本実施形態においても、接合部104が第1熱可塑性繊維複合部102の全面ではなく、断続的且つ局所的に接合部104が点在するように形成されているため、接合部材となる樹脂の使用量を削減することができ、接合体1の製造に係るコスト低減も図ることができる。更に、このような接合部104となる凸部140の点在により、超音波溶着用のホーン170による複数回の溶着処理によっても、凸部140が損傷することが防止され、接合体101の信頼性を高めることができる。
本実施形態は、接合部104の数量及び配置箇所に違いがあるものの、第1実施形態に係る接合体1と同様の構成であるため、接合体1と同様の理由によって、接合体101としての接合強度が向上することになる。また、本実施形態においても、接合部104が第1熱可塑性繊維複合部102の全面ではなく、断続的且つ局所的に接合部104が点在するように形成されているため、接合部材となる樹脂の使用量を削減することができ、接合体1の製造に係るコスト低減も図ることができる。更に、このような接合部104となる凸部140の点在により、超音波溶着用のホーン170による複数回の溶着処理によっても、凸部140が損傷することが防止され、接合体101の信頼性を高めることができる。
本実施形態においては、特に、接合体101においては、1つの広がった伸張領域である伸張部105により、近傍に位置する接合部104同士の隙間が充填されることになり、露出部分の劣化がより低減され、接合体101としての信頼性を一層向上させることができる。
(第6実施形態の変形例)
上述した第6実施形態においては、伸張部105によって矩形状の伸張領域が形成されていたが、これに限定されない。例えば、図31に示すように、環状の伸張領域となるように伸張部105を形成してもよい。ここで、図31は、第6実施形態の変形例に係る接合体101を分離した状態の平面図である。
上述した第6実施形態においては、伸張部105によって矩形状の伸張領域が形成されていたが、これに限定されない。例えば、図31に示すように、環状の伸張領域となるように伸張部105を形成してもよい。ここで、図31は、第6実施形態の変形例に係る接合体101を分離した状態の平面図である。
図31に示すように、多数の接合部104’が点在するように形成されており、その周囲を囲むように伸張部105’(点線で示された領域)が形成されている。そして、伸張部105’の中心部分には、伸張部105’の材料である樹脂が伸張していない領域107が存在している。領域107は、伸張部105’、第1熱可塑性繊維複合部材120及び第2熱可塑性繊維複合部材130によって囲まれた閉じた空間である。換言すると、領域107は密閉された空間となる。
このように伸張部105’及び密閉された領域107を形成することにより、種々の用途に対応した接合体を製造することができる。例えば、接合体の中心部において、樹脂に充填されず、且つ外気に接触することが無いように、センサや他の電子部品を搭載する場合には、当該領域107が利用できることになる。また、接合体の形状によっては、接合部及び伸張部を設けずに接合強度を確保する場合もあり、このような場合にも応用することができる。
<第7実施形態>
第5実施形態においては、平板状の第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30を用いて平板状の接合体1を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材及び接合体が湾曲していてもよい。このような場合を第3実施形態として図32を参照しつつ説明する。ここで、図32は第7実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第5実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
第5実施形態においては、平板状の第1熱可塑性繊維複合部材20及び第2熱可塑性繊維複合部材30を用いて平板状の接合体1を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材及び接合体が湾曲していてもよい。このような場合を第3実施形態として図32を参照しつつ説明する。ここで、図32は第7実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第5実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
図32に示すように、本実施形態においては、熱可塑性の第1母材樹脂221に第1繊維部材222が混合された波状の第1熱可塑性繊維複合部材220が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂231に第2繊維部材232が混合された波状の第2熱可塑性繊維複合部材230が準備される。ここで、第1熱可塑性繊維複合部材220の一方の表面220aには、第1母材樹脂221と同一の樹脂からなる凸部240が断続的に形成されている。特に、波状の山と谷の部分に、円錐状の凸部240が形成されている。なお、各熱可塑性繊維複合部材の準備工程と、凸部形成工程については、第1実施形態と同様にして行われる。
また、図32に示すように、第1熱可塑性繊維複合部材220の表面220aと第2熱可塑性繊維複合部材230の表面230aを対向させ、凸部240が第1熱可塑性繊維複合部材220と第2熱可塑性繊維複合部材230との間に挟まれるように、第2熱可塑性繊維複合部材230上に第1熱可塑性繊維複合部材220が積層される。
その後、超音波溶着用のホーン270が第1熱可塑性繊維複合部材220の表面220bに押し当てられ、積層中間体に超音波振動が与えられる。本実施形態においては、1つの凸部240に対して溶着処理が行えるような小型のホーン270が使用される。このため、凸部240の形成されている周辺を、超音波振動によって局所的に加熱することができ、凸部240のそれぞれを溶融することができる。また、溶着処理自体は同一であるため、第1実施形態と同様に、凸部240(接合部204)が第2熱可塑性繊維複合部材230の内部に向けて突出して咬合しつつ、第1繊維部材222が凸部240の内部に突出して入り込む。更に、凸部240は、第2熱可塑性繊維複合部材230の波状に沿って伸張し、凸部240のそれぞれを中心として伸張部205が形成される。
上記工程を経て、凸部240は接合部204として、第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230が接合され、第1熱可塑性繊維複合部材220が第1熱可塑性繊維複合部202となり、第2熱可塑性繊維複合部材230が第2熱可塑性繊維複合部203となる。また、本実施形態においても、凸部240が点在しているため、第1繊維部材222が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材230に向けて突出するようなことがない。
第5実施形態と同様に、このような超音波溶着器による溶着処理により、凸部240の溶融並びに入り込み、第1繊維部材222の湾曲、及び凸部240の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230の接合が完了すると、図32の下方に示すような接合体201が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部202と第2熱可塑性繊維複合部203とが接合部204によって接合され、接合部204の周囲に伸張部205が延在した状態が形成される。
このように、本実施形態においては、湾曲した熱可塑性複合部材に対しても、所望の接合箇所に凸部240を形成して溶融することにより、接合体201として接合が必要となる部分について、的確かつ強固な接合が実現可能となる。また、接合部204が点在するように形成されているため、接合の無駄を削減し、接合体201の製造に係るコスト低減も図ることができる。
<第8実施形態>
第7実施形態においては、波状の第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230を用いて接合体201を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材が折れ曲がった形状であってもよい。また、上述した実施形態においては、接合部となる凸部を一方の熱可塑性繊維複合部材のみに形成していたが、両方の熱可塑性繊維複合部材に形成してもよい。このような場合を第4実施形態として図33を参照しつつ説明する。ここで、図33は第8実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第5実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
第7実施形態においては、波状の第1熱可塑性繊維複合部材220及び第2熱可塑性繊維複合部材230を用いて接合体201を形成していたが、各熱可塑性繊維複合部材が折れ曲がった形状であってもよい。また、上述した実施形態においては、接合部となる凸部を一方の熱可塑性繊維複合部材のみに形成していたが、両方の熱可塑性繊維複合部材に形成してもよい。このような場合を第4実施形態として図33を参照しつつ説明する。ここで、図33は第8実施形態に係る接合体の製造工程における断面図である。なお、第5実施形態と同一構造又は同一材料などについては同一の名称を付して詳細な説明を省略し、異なる部分を詳細に説明する。
図33に示すように、本実施形態においては、熱可塑性の第1母材樹脂321に第1繊維部材322が混合されたL字状の第1熱可塑性繊維複合部材320が準備され、熱可塑性の第2母材樹脂331に第2繊維部材332が混合されたL字状の第2熱可塑性繊維複合部材330が準備される。ここで、第1熱可塑性繊維複合部材320の一方の表面320aには、第1母材樹脂321と同一の樹脂からなる凸部340が形成され、第2熱可塑性繊維複合部材330の一方の表面330aには、第2母材樹脂331と同一の樹脂からなる2つの凸部341が形成されている。特に、第1熱可塑性繊維複合部材320の折れ曲がった部分に凸部340が形成され、第2熱可塑性繊維複合部材330の両端に凸部341が形成されている。なお、各熱可塑性繊維複合部材の準備工程と、凸部形成工程については、第1実施形態と同様にして行われる。ここで、凸部341が追加凸部に該当する。
また、図33に示すように、第1熱可塑性繊維複合部材320の表面320aと第2熱可塑性繊維複合部材330の表面330aを対向させ、凸部340,341が第1熱可塑性繊維複合部材320と第2熱可塑性繊維複合部材330との間に挟まれるように、第2熱可塑性繊維複合部材330上に第1熱可塑性繊維複合部材320が積層される。
その後、超音波溶着用のホーン370が第1熱可塑性繊維複合部材320の表面320b、及び第2熱可塑性繊維複合部材330の表面330bに順次押し当てられ、積層中間体の所定箇所に超音波振動が順次与えられる。本実施形態においても、1つの凸部340,341に対して溶着処理が行えるような小型のホーン370が使用される。このため、凸部340,341の形成されている周辺を、超音波振動によって局所的に加熱することができ、凸部340,341のそれぞれを溶融することができる。また、溶着処理自体は同一であるため、第1実施形態と同様に、凸部340(接合部304a)が第2熱可塑性繊維複合部材330の内部に向けて突出して咬合しつつ、第1繊維部材322が凸部340の内部に突出して入り込む。また、凸部341(接合部304b)が第1熱可塑性繊維複合部材320の内部に向けて突出して咬合しつつ、第2繊維部材332が凸部341に内部に突出して入り込む。更に、凸部340,341は、第1熱可塑性繊維複合部材320と第2熱可塑性繊維複合部材330との接合面に沿って伸張し、凸部340,341を中心として3つの伸張部305が形成される。
上記工程を経て、凸部340は接合部304a、凸部341は接合部304bとして、第1熱可塑性繊維複合部材320及び第2熱可塑性繊維複合部材330が接合され、第1熱可塑性繊維複合部材320が第1熱可塑性繊維複合部302となり、第2熱可塑性繊維複合部材330が第2熱可塑性繊維複合部303となる。また、本実施形態においても、凸部340,341が点在しているため、第1繊維部材322が全体的に湾曲して、第2熱可塑性繊維複合部材330に向けて突出するようなことがなく、第2繊維部材332が全体的に湾曲して、第1熱可塑性繊維複合部材320に向けて突出するようなことがない。
第5実施形態と同様に、このような超音波溶着器による溶着処理により、凸部340,341の溶融並びに入り込み、第1繊維部材322及び第2繊維部材332の湾曲、及び凸部340,341の伸張が生じて、第1熱可塑性繊維複合部材320及び第2熱可塑性繊維複合部材330の接合が完了すると、図33の下方に示すような接合体301が製造されることになる。すなわち、第1熱可塑性繊維複合部302と第2熱可塑性繊維複合部303とが接合部304a、304bによって接合され、接合部304a,304bの周囲のそれぞれに伸張部305が延在した状態が形成される。ここで、接合部304bが追加接合部に該当し、接合部304bの周囲に形成された伸張部305が追加伸張部に該当する。
特に、本実施形態においては、接合部304a、304bが接合体301を構成する2つの第1熱可塑性繊維複合部302及び第2熱可塑性繊維複合部303に向けて突出して咬合するため、接合体301として接合強度がより高まることになる。また、本実施形態においては、接合体301を構成する2つの第1熱可塑性繊維複合部材320及び第2熱可塑性繊維複合部材330の各繊維部材が接合部304a,304bに入り込んでいるため、接合体301として接合強度がより一層高まることになる。
更に、本実施形態においては、屈曲した熱可塑性複合部材に対しても、所望の接合箇所に凸部340,341を形成して溶融することにより、接合体301として接合が必要とする部分について、的確かつ強固な接合を実現可能となる。また、接合部304a,304bが点在するように形成されているため、接合の無駄を削減し、接合体301の製造に係るコスト低減も図ることができる。
なお、上記実施形態の場合においても、3つの伸張部305を互いに接続させ、1つの伸張領域を形成してもよい。これにより、第1熱可塑性繊維複合部302及び第2熱可塑性繊維複合部303の露出量を低減し、接合体301としての信頼性を高めることができる。
<サンプルの試験結果>
次に、本開示の実施例である接合体のサンプルの試験結果について、図34を参照しつつ説明する。ここで、図34は、本開示の実施例である接合体のサンプルの試験結果を示すグラフである。図34は、接合部の咬合深さが異なる接合体のそれぞれの接合強度(溶着強度)を示し、横軸が接合部の咬合深さ(mm)であり、縦軸が接合強度(任意単位)である。なお、図34おける各サンプルの接合強度については、サンプルとしての接合強度が十分であり且つ最も接合強度が低いサンプルを基準として算出したものである。
次に、本開示の実施例である接合体のサンプルの試験結果について、図34を参照しつつ説明する。ここで、図34は、本開示の実施例である接合体のサンプルの試験結果を示すグラフである。図34は、接合部の咬合深さが異なる接合体のそれぞれの接合強度(溶着強度)を示し、横軸が接合部の咬合深さ(mm)であり、縦軸が接合強度(任意単位)である。なお、図34おける各サンプルの接合強度については、サンプルとしての接合強度が十分であり且つ最も接合強度が低いサンプルを基準として算出したものである。
サンプルである接合体は、2枚の試験片(熱可塑性繊維複合部材)を超音波溶着機を使用して接合したものである。また、試験片の一方には接合部となる円錐状の凸部が1つ形成されており、凸部を介して2枚の試験片が接合されている。すなわち、本サンプルは、上述した第5実施形態における接合体1に対応している。更に、超音波溶着機としては、デュケインジャパン社のものが使用され、出力は2600W、周波数が20kHzとして設定された。そして、各サンプルの接合強度は、島津製作所の万能試験機を用いた引張せん断試験によって測定が行われ、当該試験における条件として、サンプリングレートが50ms、試験速度が1mm/minとして設定された。
次に、図34から分かるように、接合部の咬合深さを0mmから0.17mmまで増加させていくと、グラフ内の点線によって示すように、当該咬合深さが大きくなると接合強度が向上することが分かった。すなわち、接合部によるアンカー効果が奏されているものと考えられる。
一方で、接合部の咬合深さが0mmの場合の接合強度は、接合部の咬合深さが0.17mmのサンプルの接合強度と比較しても大きくは減少しないことも分かった。すなわち、接合部の咬合が存在するほうが接合強度は大きくなるものの、咬合が存在しなくても接合体としての強度は十分なものと考えられる。すなわち、接合部の存在によって2枚の試験片が十分に接合されていることが分かる。
<本開示の実施態様>
本開示の第1の実施の態様は、熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部と、熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部と、当該第1熱可塑性繊維複合部と当該第2熱可塑性繊維複合部とを接合する接合部と、当該第1熱可塑性繊維複合部及び当該第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、当該接合部を中心として当該接合部の周囲に伸張し、当該第1熱可塑性繊維複合部と当該第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する伸張部と、を有し、当該接合部は、当該第1母材樹脂と同一の樹脂からなる接合体である。
本開示の第1の実施の態様は、熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部と、熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部と、当該第1熱可塑性繊維複合部と当該第2熱可塑性繊維複合部とを接合する接合部と、当該第1熱可塑性繊維複合部及び当該第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、当該接合部を中心として当該接合部の周囲に伸張し、当該第1熱可塑性繊維複合部と当該第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する伸張部と、を有し、当該接合部は、当該第1母材樹脂と同一の樹脂からなる接合体である。
このように、接合部が第1熱可塑性繊維複合部の全面ではなく、断続的に形成されていることにより、接合部となる熱可塑性の樹脂の使用量を削減することができ、接合体の製造に係るコスト低減も図ることができる。更に、第1熱可塑性繊維複合部及び第2熱可塑性繊維複合部との間に非接合の伸張部が形成されることにより、第1熱可塑性繊維複合部及び第2熱可塑性繊維複合部の接合部分における露出量が低減され、接合体としての信頼性が向上することになる。
本開示の第2の実施の態様は、第1の実施の態様において、当該接合部は、当該第2熱可塑性繊維複合部の内部に向けて突出して咬合することである。これにより、接合部が第2熱可塑性繊維複合部と咬合し、くさびとして機能するため、第2母材樹脂と接合部とをより強固に接合することができる。
本開示の第3の実施の態様は、第1又は第2の実施の態様において、当該第1繊維部材は、当該接合部の近傍において湾曲し、当該第1熱可塑性繊維複合部から当該接合部の内部に向けて突出していることである。これにより、また、接合部及び第1母材樹脂に共通の芯材が存在することになり、第1母材樹脂と接合部とを強固に接合することもできる。
本開示の第4の実施の態様は、第1乃至第3の実施の態様のいずれかにおいて、当該接合部を複数有し、複数の当該接合部のそれぞれから伸張する複数の当該伸張部は、互いに接触して接合部間の隙間を充填することである。これにより、第1熱可塑性繊維複合部及び第2熱可塑性繊維複合部の接合部分における露出量面が低減され、接合体としての信頼性が向上することになる。
本開示の第5の実施の態様は、第1乃至第4の実施の態様のいずれかにおいて、複数の当該伸張部は、互いに接触して環状の伸張領域を形成していることである。これにより、接合体においては、1つの広がった伸張領域である伸張部により、近傍に位置する接合部同士の隙間が充填されることになり、露出部分の劣化がより低減され、接合体としての信頼性を一層向上させることができる。
本開示の第6の実施の態様は、第1乃至第5の実施の態様のいずれかにおいて、当該第2母材樹脂と同一の樹脂からなり、当該第1熱可塑性繊維複合部の内部に向けて突出して咬合する追加接合部、当該第1熱可塑性繊維複合部及び当該第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、当該追加接合部を中心として当該追加接合部の周囲に伸張し、当該第1熱可塑性繊維複合部と当該第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する追加伸張部を有することである。これにより、接合される熱可塑性繊維複合部のそれぞれに、接合部が入り込むとともに、熱可塑性繊維複合部のそれぞれの繊維部材が接合部に入り込むことになるため、接合体として接合強度がより一層高まることになる。
本開示の第7の実施の態様は、第1乃至第6の実施の態様のいずれかにおいて、当該第1熱可塑性繊維複合部及び当該第2熱可塑性繊維複合部は、平板部材又は湾曲部材からなることである。これにより、用途及び要求に応じて接合体の形状を適宜変更することができる。
本開示の第8の実施の態様は、第1乃至第7の実施の態様のいずれかにおいて、当該接合部は、当該第1熱可塑性繊維複合部と当該第2熱可塑性繊維複合部との積層方向における寸法が0.1mm以上5.0mm以下であり、当該積層方向に直交する方向の寸法が0.5mm以上10.0mm以下であることである。これにより、第2熱可塑性繊維複合部に対する接合部の入り込み量を十分確保することができ、第2熱可塑性繊維複合部に対する接合部の接合強度をより高めることができる。また、第1繊維部材の湾曲の程度及び接合部への入り込み量を十分に確保することができる。
本開示の第9の実施の態様は、第1乃至第8の実施の態様のいずれかにおいて、当該接合部は、当該第2熱可塑性繊維複合部と咬合する部分の水平方向の割合が全体の20%以上80%以下であることである。これにより、第2熱可塑性繊維複合部に対する接合部の咬合量を調整することができ、第2熱可塑性繊維複合部に対する接合部の接合強度を十分に確保することができる。
本開示の第10の実施の態様は、熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部材、及び熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部材を準備する準備工程と、当該第1熱可塑性繊維複合部材の表面に、当該第1母材樹脂と同一の樹脂からなる凸部を形成する凸部形成工程と、当該第2熱可塑性繊維複合部材を当該第1熱可塑性繊維複合部材の当該凸部の形成面に積層した状態で当該凸部を溶融し、当該第1熱可塑性繊維複合部材及び当該第2熱可塑性繊維複合部材を接合する接合部を形成する接合部形成工程と、を有し、当該接合部形成工程においては、当該第2熱可塑性繊維複合部材の積層方向に直交する方向に当該凸部を伸張させて、当該第1熱可塑性繊維複合部材及び当該第2熱可塑性繊維複合部材とは非接合であって当該第1熱可塑性繊維複合部材と当該第2熱可塑性繊維複合部材との間に延在する伸張部を形成する、接合体の製造方法である。
このように、また、接合部が第1熱可塑性繊維複合部の全面ではなく、断続的に形成されていることにより、接合部となる熱可塑性の樹脂の使用量を削減することができ、接合体の製造に係るコスト低減も図ることができる。更に、第1熱可塑性繊維複合部及び第2熱可塑性繊維複合部との間に非接合の伸張部が形成されることにより、第1熱可塑性繊維複合部及び第2熱可塑性繊維複合部の接合部分における露出量面が低減され、接合体としての信頼性が向上することになる。
本開示の第11の実施の態様は、第10の実施の態様において、当該接合部形成工程においては、当該第2熱可塑性繊維複合部材の内部に向けて当該凸部を突出して咬合させることである。これにより、接合部が第2熱可塑性繊維複合部と咬合し、くさびとして機能するため、第2母材樹脂と接合部とをより強固に接合することができる。
本開示の第12の実施の態様は、第10又は第11の実施の態様において、当該接合部形成工程においては、当該第1繊維部材が当該凸部の近傍において湾曲し、当該第1熱可塑性繊維複合部材から当該凸部の内部に向けて突出することである。これにより、また、接合部及び第1母材樹脂に共通の芯材が存在することになり、第1母材樹脂と接合部とを強固に接合することもできる。
本開示の第13の実施の態様は、第10乃至第12の実施の態様のいずれかにおいて、当該凸部形成工程においては、当該凸部を複数形成し、当該接合部形成工程においては、複数の当該凸部のそれぞれから伸張する複数の当該伸張部が、互いに接触して接合部間の隙間を充填することである。これにより、第1熱可塑性繊維複合部及び第2熱可塑性繊維複合部の接合部分における露出量が低減され、接合体としての信頼性が向上することになる。
本開示の第14の実施の態様は、第10乃至第13の実施の態様のいずれかにおいて、当該接合部形成工程においては、複数の当該伸張部が互いに接触して環状の伸張領域を形成することである。これにより、接合体においては、1つの広がった伸張領域である伸張部により、近傍に位置する接合部同士の隙間が充填されることになり、露出部分の劣化がより低減され、接合体としての信頼性を一層向上することができる。
本開示の第15の実施の態様は、第10乃至第14の実施の態様のいずれかにおいて、当該凸部形成工程においては、当該第2熱可塑性繊維複合部材の表面に、当該第2母材樹脂と同一の樹脂からなる追加凸部を形成し、当該接合部形成工程においては、当該第1熱可塑性繊維複合部材の内部に向けて当該追加凸部を突出して咬合させて追加接合部を形成し、当該第1熱可塑性繊維複合部材の積層方向に直交する方向に当該追加凸部を伸張させて、当該第1熱可塑性繊維複合部材及び当該第2熱可塑性繊維複合部材とは非接合であって当該第1熱可塑性繊維複合部材と当該第2熱可塑性繊維複合部材との間に延在する追加伸張部を形成することである。これにより、接合される熱可塑性繊維複合部のそれぞれに、接合部が入り込むとともに、熱可塑性繊維複合部のそれぞれの繊維部材が接合部に入り込むことになるため、接合体として接合強度がより一層高まることになる。
1 接合体
2 第1熱可塑性繊維複合部
3 第2熱可塑性繊維複合部
4 接合部
5 伸張部
20 第1熱可塑性繊維複合部材
21 第1母材樹脂
22 第1繊維部材
30 第2熱可塑性繊維複合部材
31 第2母材樹脂
32 第2繊維部材
40 凸部
60 ホーン
304b 追加接合部
305 追加伸張部
341 追加凸部
2 第1熱可塑性繊維複合部
3 第2熱可塑性繊維複合部
4 接合部
5 伸張部
20 第1熱可塑性繊維複合部材
21 第1母材樹脂
22 第1繊維部材
30 第2熱可塑性繊維複合部材
31 第2母材樹脂
32 第2繊維部材
40 凸部
60 ホーン
304b 追加接合部
305 追加伸張部
341 追加凸部
Claims (15)
- 熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部と、
熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部と、
前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部とを接合する接合部と、
前記第1熱可塑性繊維複合部及び前記第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、前記接合部を中心として前記接合部の周囲に伸張し、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する伸張部と、を有し、
前記接合部は、前記第1母材樹脂と同一の樹脂からなる接合体。 - 前記接合部は、前記第2熱可塑性繊維複合部の内部に向けて突出して咬合する請求項1に記載の接合体。
- 前記第1繊維部材は、前記接合部の近傍において湾曲し、前記第1熱可塑性繊維複合部から前記接合部の内部に向けて突出している、請求項1に記載の接合体。
- 前記接合部を複数有し、
複数の前記接合部のそれぞれから伸張する複数の前記伸張部は、互いに接触して接合部間の隙間を充填する請求項1に記載の接合体。 - 複数の前記伸張部は、互いに接触して環状の伸張領域を形成している、請求項4に記載の接合体。
- 前記第2母材樹脂と同一の樹脂からなり、前記第1熱可塑性繊維複合部の内部に向けて突出して咬合する追加接合部、前記第1熱可塑性繊維複合部及び前記第2熱可塑性繊維複合部とは非接合の状態において、前記追加接合部を中心として前記追加接合部の周囲に伸張し、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部との間に延在する追加伸張部を有する請求項1に記載の接合体。
- 前記第1熱可塑性繊維複合部及び前記第2熱可塑性繊維複合部は、平板部材又は湾曲部材からなる請求項1に記載の接合体。
- 前記接合部は、前記第1熱可塑性繊維複合部と前記第2熱可塑性繊維複合部との積層方向における寸法が0.1mm以上5.0mm以下であり、前記積層方向に直交する方向の寸法が0.5mm以上10.0mm以下である、請求項1に記載の接合体。
- 前記接合部は、前記第2熱可塑性繊維複合部と咬合する部分の水平方向の割合が全体の20%以上80%以下である、請求項1に記載の接合体。
- 熱可塑性の第1母材樹脂に第1繊維部材が混合された第1熱可塑性繊維複合部材、及び熱可塑性の第2母材樹脂に第2繊維部材が混合された第2熱可塑性繊維複合部材を準備する準備工程と、
前記第1熱可塑性繊維複合部材の表面に、前記第1母材樹脂と同一の樹脂からなる凸部を形成する凸部形成工程と、
前記第2熱可塑性繊維複合部材を前記第1熱可塑性繊維複合部材の前記凸部の形成面に積層した状態で前記凸部を溶融し、前記第1熱可塑性繊維複合部材及び前記第2熱可塑性繊維複合部材を接合する接合部を形成する接合部形成工程と、を有し、
前記接合部形成工程においては、前記第2熱可塑性繊維複合部材の積層方向に直交する方向に前記凸部を伸張させて、前記第1熱可塑性繊維複合部材及び前記第2熱可塑性繊維複合部材とは非接合であって前記第1熱可塑性繊維複合部材と前記第2熱可塑性繊維複合部材との間に延在する伸張部を形成する、接合体の製造方法。 - 前記接合部形成工程においては、前記第2熱可塑性繊維複合部材の内部に向けて前記凸部を突出して咬合させる、請求項10に記載の接合体の製造方法。
- 前記接合部形成工程においては、前記第1繊維部材が前記凸部の近傍において湾曲し、前記第1熱可塑性繊維複合部材から前記凸部の内部に向けて突出する、請求項10に記載の接合体の製造方法。
- 前記凸部形成工程においては、前記凸部を複数形成し、
前記接合部形成工程においては、複数の前記凸部のそれぞれから伸張する複数の前記伸張部が、互いに接触して接合部間の隙間を充填する、請求項10に記載の接合体の製造方法。 - 前記接合部形成工程においては、複数の前記伸張部が互いに接触して環状の伸張領域を形成する、請求項13に記載の接合体の製造方法。
- 前記凸部形成工程においては、前記第2熱可塑性繊維複合部材の表面に、前記第2母材樹脂と同一の樹脂からなる追加凸部を形成し、
前記接合部形成工程においては、前記第1熱可塑性繊維複合部材の内部に向けて前記追加凸部を突出して咬合させて追加接合部を形成し、前記第1熱可塑性繊維複合部材の積層方向に直交する方向に前記追加凸部を伸張させて、前記第1熱可塑性繊維複合部材及び前記第2熱可塑性繊維複合部材とは非接合であって前記第1熱可塑性繊維複合部材と前記第2熱可塑性繊維複合部材との間に延在する追加伸張部を形成する、請求項11に記載の接合体の製造方法。
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