復(fù)合材料的接合裝置、接合體的制造方法及接合體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對(duì)碳纖維強(qiáng)化塑料彼此進(jìn)行接合的復(fù)合材料的接合裝置、接合體的制 造方法及接合體。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂可期待在航空領(lǐng)域及汽車(chē)領(lǐng)域等中的利用。
[0003] 作為接合熱塑性樹(shù)脂的方法之一，有一邊對(duì)經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行 加壓、一邊向這些熱塑性樹(shù)脂之間流通接合電流以使這些熱塑性樹(shù)脂的接合面及其附近發(fā) 生部分地熔融而進(jìn)行熔敷的方法（例如參照專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 另一方面，作為經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂，有碳纖維無(wú)規(guī)地分散在熱塑性樹(shù)脂 中而獲得的樹(shù)脂（參照專利文獻(xiàn)2)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開(kāi)2012-187903號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn) 2 :TO2012/137985

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0010] 在經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂的接合中，由于是向樹(shù)脂中含有的碳纖維流通電流 以通過(guò)焦耳熱產(chǎn)生的發(fā)熱使其熔融，因此有根據(jù)碳纖維的含量、分散狀態(tài)等而在與接合目 標(biāo)位置不同的位置處產(chǎn)生發(fā)熱、發(fā)生熔融的情況。因此，例如如專利文獻(xiàn)2那樣使用專利文 獻(xiàn)1那樣的現(xiàn)有的熔敷方法將分散有碳纖維的熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行接合時(shí)，難以使接合位置穩(wěn) 定在目標(biāo)位置地進(jìn)行接合。在向與接合目標(biāo)位置不同的位置通入電流而發(fā)生熔融時(shí)，有接 合強(qiáng)度下降或者對(duì)于重視外觀的制品有損美感的問(wèn)題。
[0011] 圖24是表示現(xiàn)有熔敷方法中經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂的接合面之一例的 俯視圖，圖24(a)是經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂在電極中心正下方以外進(jìn)行了接合的 情況之一例的俯視圖，圖24 (b)是經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂的接合面積小、接合強(qiáng)度 弱的情況之一例的俯視圖。
[0012] 經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂IlaUlb的熔敷如下進(jìn)行：在重疊了經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的 2個(gè)熱塑性樹(shù)脂I la、I Ib的接合面I Ic的接合目標(biāo)位置19上配置電極，施加電壓，使經(jīng)碳纖 維強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂的接合面Ilc及其附近發(fā)生部分地熔融，之后停止通電，對(duì)經(jīng)碳纖維 強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂的接合部進(jìn)行冷卻。如圖24(a)所示，接合部21成為從電極的中心正下 方向左上方向偏離的部位，如圖24 (b)所示，接合部21多個(gè)散在地形成，即便1個(gè)接合部21 是電極中心正下方的位置，也有接合部21的接合面積減小、接合強(qiáng)度變?nèi)醯那闆r。如此，現(xiàn) 實(shí)情況是接合狀態(tài)的不均很?chē)?yán)重。
[0013] 另外，當(dāng)使用專利文獻(xiàn)1的熔敷方法將專利文獻(xiàn)2所示的碳纖維無(wú)規(guī)地分散在熱 塑性樹(shù)脂中而成的物質(zhì)進(jìn)行接合時(shí)，為了提高其接合強(qiáng)度，可以考慮增大接合面積。
[0014] 為了增大經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂的接合面積，可以通過(guò)一邊對(duì)經(jīng)碳纖維 強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行加壓、一邊延長(zhǎng)電流的通電時(shí)間來(lái)達(dá)成。其原因在于，延長(zhǎng)通過(guò) 電壓施加而向碳纖維的通電時(shí)間，使碳纖維進(jìn)一步發(fā)熱而使熱塑性樹(shù)脂熔融，從而通過(guò)加 壓可以增大接合面積。
[0015] 但是，已經(jīng)清楚也有即便在對(duì)經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的2個(gè)熱塑性樹(shù)脂進(jìn)行加壓的同時(shí)延 長(zhǎng)通電時(shí)間以增大接合面積、也無(wú)法提高接合強(qiáng)度的情況。獲知了反而接合強(qiáng)度會(huì)降低。
[0016] 另一方面，作為觀測(cè)熔融狀態(tài)的方法，例如如專利文獻(xiàn)1那樣，有對(duì)接合界面的溫 度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。該方法由于是使用溫度記錄儀從熱塑性樹(shù)脂的側(cè)面對(duì)被2個(gè)電極夾持 的作為被接合體的熱塑性樹(shù)脂的接合界面的溫度進(jìn)行觀測(cè)，因此在遠(yuǎn)離電極的地方進(jìn)行熔 敷時(shí)，難以確定以電極為中心是在何種程度的半徑范圍內(nèi)發(fā)生了熔敷。另外，根據(jù)被接合物 的形狀、大小、使用接合裝置的設(shè)備等條件的不同，觀測(cè)接合界面的溫度時(shí)有所限制，無(wú)法 說(shuō)具有實(shí)用性。
[0017] 這里，在以下的說(shuō)明中對(duì)經(jīng)碳纖維強(qiáng)化的熱塑性樹(shù)脂是含有熱塑性樹(shù)脂及不連續(xù) 的碳纖維、且分散有不連續(xù)的碳纖維的復(fù)合材料（以下稱作復(fù)合材料）的情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0018] 本發(fā)明的目的在于獲得在接合目標(biāo)位置處能夠穩(wěn)定地將含有碳纖維和熱塑性樹(shù) 脂的2個(gè)以上的復(fù)合材料接合的復(fù)合材料的接合裝置、接合方法及接合體。
[0019] 本發(fā)明的另一目的在于提供在一邊對(duì)含碳纖維和熱塑性樹(shù)脂的2個(gè)以上的復(fù)合 材料進(jìn)行加壓、一邊施加振動(dòng)、通電電流進(jìn)行接合時(shí)、可以獲得對(duì)應(yīng)于接合面積的抗拉強(qiáng)度 的復(fù)合材料的接合裝置、接合體的制造方法及接合體。
[0020] 本發(fā)明的又一目的在于提供可易于進(jìn)行含碳纖維和熱塑性樹(shù)脂的2個(gè)以上的復(fù) 合材料的接合部位是否良好的判定的復(fù)合材料的接合裝置、接合體的制造方法及接合體。
[0021] 用于解決技術(shù)問(wèn)題的方法
[0022] 本發(fā)明人為了解決上述課題進(jìn)行了反復(fù)的深入研究，結(jié)果驚人地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在使 復(fù)合材料相接觸并進(jìn)行加壓的狀態(tài)下，在通電電流之前對(duì)接合目標(biāo)位置賦予振動(dòng)，與其同 時(shí)或者在其之后通過(guò)通電、利用焦耳熱對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行接合，可穩(wěn)定地獲得良好的接合強(qiáng) 度。獲得該良好結(jié)果的詳細(xì)原因雖不清楚，但推測(cè)是通過(guò)在通電前賦予振動(dòng)，作為接合目標(biāo) 位置的接觸部分處的接觸電阻降低，可選擇性地在接合目標(biāo)位置上進(jìn)行通電，因此接合強(qiáng) 度穩(wěn)走。
[0023] 本發(fā)明第1方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，其具備以下裝置：在使含有 碳纖維和熱塑性樹(shù)脂的2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面相接觸的狀態(tài)下對(duì)所述2個(gè)以上的復(fù) 合材料的接合目標(biāo)位置進(jìn)行加壓的加壓裝置；在使所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面相接 觸的狀態(tài)下對(duì)所述接合目標(biāo)位置賦予振動(dòng)的振動(dòng)產(chǎn)生裝置；以及在利用所述振動(dòng)產(chǎn)生裝置 對(duì)通過(guò)所述加壓裝置進(jìn)行了加壓的所述2個(gè)以上的復(fù)合材料賦予振動(dòng)的同時(shí)或者已經(jīng)賦 予了振動(dòng)的狀態(tài)下、將用于利用焦耳熱將所述2個(gè)以上的復(fù)合材料接合的電流通電至所述 接合目標(biāo)位置的電源。
[0024] 如此構(gòu)成時(shí)，電流變得易于通電至被賦予了振動(dòng)的2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目 標(biāo)位置，接合目標(biāo)位置的熱塑性樹(shù)脂發(fā)生熔融，可以在接合目標(biāo)位置上穩(wěn)定地將復(fù)合材料 接合。
[0025] 本發(fā)明第2方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，在本發(fā)明第1方式的發(fā)明中， 所述振動(dòng)產(chǎn)生裝置是把將所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面加熱至熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)以 下的溫度那樣的振動(dòng)賦予給所述接合面。
[0026] 如此構(gòu)成時(shí)，由于把將2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面加熱至熱塑性樹(shù)脂熔點(diǎn)以下 的溫度那樣的振動(dòng)賦予給接合面，因此通過(guò)振動(dòng)的能量，可以防止熱塑性樹(shù)脂在不同于接 合目標(biāo)位置的部位發(fā)生熔融而將熱塑性樹(shù)脂彼此接合，同時(shí)可以在接合目標(biāo)位置上對(duì)熱塑 性樹(shù)脂進(jìn)行接合。
[0027] 本發(fā)明第3方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，在本發(fā)明第1或第2方式的 發(fā)明中，所述振動(dòng)產(chǎn)生裝置賦予相對(duì)于所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面為垂直方向的振 動(dòng)。
[0028] 如此構(gòu)成時(shí)，通過(guò)賦予相對(duì)于2個(gè)復(fù)合材料的接合面為垂直方向的振動(dòng)，可以朝 著復(fù)合材料的厚度方向直接地集中傳遞振動(dòng)能量，可以高效地使2個(gè)以上的復(fù)合材料的接 合目標(biāo)位置的接合面發(fā)熱，可以抑制脫離接合目標(biāo)位置的水平方向上的不希望的接合的擴(kuò) 大。
[0029] 本發(fā)明第4方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，在本發(fā)明的第1~第3中任 一方式的發(fā)明中，所述振動(dòng)產(chǎn)生裝置的振動(dòng)頻率為數(shù)kHz~數(shù)100kHz。
[0030] 如此構(gòu)成時(shí)，通過(guò)賦予由規(guī)定頻率產(chǎn)生的振動(dòng)，可以高效地使成為復(fù)合材料接合 目標(biāo)位置的接合表面發(fā)熱。
[0031] 本發(fā)明第5方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，在本發(fā)明的第1~第4任一 方式的發(fā)明中，其具備當(dāng)所述2個(gè)以上的復(fù)合材料融合在一起而變成熔敷的狀態(tài)時(shí)、按照 以小于規(guī)定壓力的壓力進(jìn)行加壓的方式對(duì)所述加壓裝置進(jìn)行控制的控制裝置。
[0032] 為如此構(gòu)成時(shí)，在一邊在以規(guī)定壓力對(duì)2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目標(biāo)位置進(jìn)行 加壓、一邊賦予振動(dòng)、通電電流、在2個(gè)以上的復(fù)合材料融合在一起而變成熔敷的狀態(tài)時(shí)， 由于以小于規(guī)定壓力的壓力進(jìn)行加壓，因此可以抑制熔融了的熱塑性樹(shù)脂被擠出并擴(kuò)散至 接合目標(biāo)位置的外側(cè)。因此，可以防止接合目標(biāo)位置處抗拉強(qiáng)度的降低。
[0033] 本發(fā)明第6方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，在本發(fā)明第5方式的發(fā)明中， 所述控制裝置是在所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的所述接合面的所述熱塑性樹(shù)脂溫度達(dá)到熔 點(diǎn)時(shí)、按照以小于所述規(guī)定壓力的壓力進(jìn)行加壓的方式對(duì)所述加壓裝置進(jìn)行控制。
[0034] 為如此構(gòu)成時(shí)，由于可以在2個(gè)以上的復(fù)合材料熔解而馬上要熔敷之前減弱加 壓，因此可以確實(shí)地防止熔融了的熱塑性樹(shù)脂的擴(kuò)散。
[0035] 本發(fā)明第7方式的復(fù)合材料的接合裝置的特征在于，在本發(fā)明第1~第6的任一 方式的發(fā)明中，其具備：對(duì)利用所述加壓裝置進(jìn)行加壓的所述接合目標(biāo)位置及其周邊表面 的溫度分布進(jìn)行測(cè)定的溫度分布測(cè)定裝置；和對(duì)利用所述溫度分布測(cè)定裝置獲得的數(shù)據(jù)與 預(yù)先存儲(chǔ)的作為標(biāo)準(zhǔn)的溫度數(shù)據(jù)是否在相同范圍內(nèi)進(jìn)行判定的判定裝置。
[0036] 為如此構(gòu)成時(shí)，在利用焦耳熱對(duì)2個(gè)以上的復(fù)合材料進(jìn)行接合時(shí)，由于利用溫度 分布測(cè)定裝置獲得接合目標(biāo)位置的圖像，因此易于進(jìn)行2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合部位是 否良好的判定。即，在2個(gè)以上的復(fù)合材料接合后，為了進(jìn)行檢查，即便是不進(jìn)行剝離也可 容易地進(jìn)行其接合是否良好的判定。特別是在碳纖維無(wú)規(guī)地分散在熱塑性樹(shù)脂中的復(fù)合材 料的接合時(shí)，是有效的。
[0037] 本發(fā)明第8方式的接合體的制造方法的特征在于，在使含有碳纖維和熱塑性樹(shù)脂 的2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面相接觸的狀態(tài)下對(duì)所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目標(biāo)位 置進(jìn)行加壓，在所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面相接觸的狀態(tài)下對(duì)所述接合目標(biāo)位置賦 予振動(dòng)，在對(duì)進(jìn)行了加壓的所述2個(gè)以上的復(fù)合材料賦予了振動(dòng)的狀態(tài)下、將用于利用焦 耳熱將所述2個(gè)以上的復(fù)合材料接合的電流通電至所述接合目標(biāo)位置，從而將2個(gè)以上的 復(fù)合材料接合，制造接合體。
[0038] 如此構(gòu)成時(shí)，電流變得易于通電至被賦予了振動(dòng)的2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目 標(biāo)位置，接合目標(biāo)位置的熱塑性樹(shù)脂發(fā)生熔融，可以使復(fù)合材料在接合目標(biāo)位置處穩(wěn)定地 接合。
[0039] 本發(fā)明第9方式的接合體的制造方法的特征在于，在本發(fā)明第8方式的發(fā)明中，賦 予至所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目標(biāo)位置的振動(dòng)是將所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合 面加熱至熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)以下的溫度那樣的振動(dòng)。
[0040] 如此構(gòu)成時(shí)，由于將把2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合面加熱至熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)以 下的溫度那樣的振動(dòng)賦予給接合面，因此通過(guò)振動(dòng)的能量，可以防止熱塑性樹(shù)脂在不同于 接合目標(biāo)位置的部位發(fā)生熔融而使熱塑性樹(shù)脂彼此接合，同時(shí)可以在接合目標(biāo)位置對(duì)熱塑 性樹(shù)脂進(jìn)行接合。
[0041] 本發(fā)明第10方式的接合體的制造方法的特征在于，在本發(fā)明第8或第9方式的發(fā) 明中，賦予至所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目標(biāo)位置的振動(dòng)是相對(duì)于所述2個(gè)以上的復(fù) 合材料的接合面為垂直方向的振動(dòng)。
[0042] 如此構(gòu)成時(shí)，通過(guò)賦予相對(duì)于2個(gè)復(fù)合材料的接合面為垂直方向的振動(dòng)，可以朝 著復(fù)合材料的厚度方向直接地集中地傳遞振動(dòng)能量，可以高效地使2個(gè)以上的復(fù)合材料的 接合目標(biāo)位置的接合面發(fā)熱，可以抑制脫離接合目標(biāo)位置的水平方向上的不希望的接合的 擴(kuò)大。
[0043] 本發(fā)明第11方式的接合體的制造方法的特征在于，在本發(fā)明的第8~第10中任 一方式的發(fā)明中，賦予至所述2個(gè)以上的復(fù)合材料的接合目標(biāo)位置的振動(dòng)的振動(dòng)頻率是數(shù) kHz ~數(shù) IOOkHz。
[0044] 如此構(gòu)成時(shí)，通過(guò)賦予由規(guī)定頻率產(chǎn)生的振動(dòng)，可以高效地使成為復(fù)合材料的接 合目標(biāo)位置的接合表面發(fā)熱。
[0045] 本發(fā)明第12方式的接合體的制造方法的特征在于，在本發(fā)明的第8~第11中任 一方式的發(fā)明中，所述碳纖維在復(fù)合材料