复合材料的接合装置、接合体的制造方法及接合体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对碳纤维强化塑料彼此进行接合的复合材料的接合装置、接合体的制 造方法及接合体。
【背景技术】
[0002] 经碳纤维强化的热塑性树脂可期待在航空领域及汽车领域等中的利用。
[0003] 作为接合热塑性树脂的方法之一，有一边对经碳纤维强化的2个热塑性树脂进行 加压、一边向这些热塑性树脂之间流通接合电流以使这些热塑性树脂的接合面及其附近发 生部分地熔融而进行熔敷的方法（例如参照专利文献1)。
[0004] 另一方面，作为经碳纤维强化的热塑性树脂，有碳纤维无规地分散在热塑性树脂 中而获得的树脂（参照专利文献2)。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2012-187903号公报
[0008] 专利文献 2 :TO2012/137985
【发明内容】
[0009] 发明要解决的技术问题
[0010] 在经碳纤维强化的热塑性树脂的接合中，由于是向树脂中含有的碳纤维流通电流 以通过焦耳热产生的发热使其熔融，因此有根据碳纤维的含量、分散状态等而在与接合目 标位置不同的位置处产生发热、发生熔融的情况。因此，例如如专利文献2那样使用专利文 献1那样的现有的熔敷方法将分散有碳纤维的热塑性树脂进行接合时，难以使接合位置稳 定在目标位置地进行接合。在向与接合目标位置不同的位置通入电流而发生熔融时，有接 合强度下降或者对于重视外观的制品有损美感的问题。
[0011] 图24是表示现有熔敷方法中经碳纤维强化的2个热塑性树脂的接合面之一例的 俯视图，图24(a)是经碳纤维强化的2个热塑性树脂在电极中心正下方以外进行了接合的 情况之一例的俯视图，图24 (b)是经碳纤维强化的2个热塑性树脂的接合面积小、接合强度 弱的情况之一例的俯视图。
[0012] 经碳纤维强化的热塑性树脂IlaUlb的熔敷如下进行：在重叠了经碳纤维强化的 2个热塑性树脂I la、I Ib的接合面I Ic的接合目标位置19上配置电极，施加电压，使经碳纤 维强化的热塑性树脂的接合面Ilc及其附近发生部分地熔融，之后停止通电，对经碳纤维 强化的热塑性树脂的接合部进行冷却。如图24(a)所示，接合部21成为从电极的中心正下 方向左上方向偏离的部位，如图24 (b)所示，接合部21多个散在地形成，即便1个接合部21 是电极中心正下方的位置，也有接合部21的接合面积减小、接合强度变弱的情况。如此，现 实情况是接合状态的不均很严重。
[0013] 另外，当使用专利文献1的熔敷方法将专利文献2所示的碳纤维无规地分散在热 塑性树脂中而成的物质进行接合时，为了提高其接合强度，可以考虑增大接合面积。
[0014] 为了增大经碳纤维强化的2个热塑性树脂的接合面积，可以通过一边对经碳纤维 强化的2个热塑性树脂进行加压、一边延长电流的通电时间来达成。其原因在于，延长通过 电压施加而向碳纤维的通电时间，使碳纤维进一步发热而使热塑性树脂熔融，从而通过加 压可以增大接合面积。
[0015] 但是，已经清楚也有即便在对经碳纤维强化的2个热塑性树脂进行加压的同时延 长通电时间以增大接合面积、也无法提高接合强度的情况。获知了反而接合强度会降低。
[0016] 另一方面，作为观测熔融状态的方法，例如如专利文献1那样，有对接合界面的温 度进行监测的方法。该方法由于是使用温度记录仪从热塑性树脂的侧面对被2个电极夹持 的作为被接合体的热塑性树脂的接合界面的温度进行观测，因此在远离电极的地方进行熔 敷时，难以确定以电极为中心是在何种程度的半径范围内发生了熔敷。另外，根据被接合物 的形状、大小、使用接合装置的设备等条件的不同，观测接合界面的温度时有所限制，无法 说具有实用性。
[0017] 这里，在以下的说明中对经碳纤维强化的热塑性树脂是含有热塑性树脂及不连续 的碳纤维、且分散有不连续的碳纤维的复合材料（以下称作复合材料）的情况进行说明。
[0018] 本发明的目的在于获得在接合目标位置处能够稳定地将含有碳纤维和热塑性树 脂的2个以上的复合材料接合的复合材料的接合装置、接合方法及接合体。
[0019] 本发明的另一目的在于提供在一边对含碳纤维和热塑性树脂的2个以上的复合 材料进行加压、一边施加振动、通电电流进行接合时、可以获得对应于接合面积的抗拉强度 的复合材料的接合装置、接合体的制造方法及接合体。
[0020] 本发明的又一目的在于提供可易于进行含碳纤维和热塑性树脂的2个以上的复 合材料的接合部位是否良好的判定的复合材料的接合装置、接合体的制造方法及接合体。
[0021] 用于解决技术问题的方法
[0022] 本发明人为了解决上述课题进行了反复的深入研究，结果惊人地发现，通过在使 复合材料相接触并进行加压的状态下，在通电电流之前对接合目标位置赋予振动，与其同 时或者在其之后通过通电、利用焦耳热对复合材料进行接合，可稳定地获得良好的接合强 度。获得该良好结果的详细原因虽不清楚，但推测是通过在通电前赋予振动，作为接合目标 位置的接触部分处的接触电阻降低，可选择性地在接合目标位置上进行通电，因此接合强 度稳走。
[0023] 本发明第1方式的复合材料的接合装置的特征在于，其具备以下装置：在使含有 碳纤维和热塑性树脂的2个以上的复合材料的接合面相接触的状态下对所述2个以上的复 合材料的接合目标位置进行加压的加压装置；在使所述2个以上的复合材料的接合面相接 触的状态下对所述接合目标位置赋予振动的振动产生装置；以及在利用所述振动产生装置 对通过所述加压装置进行了加压的所述2个以上的复合材料赋予振动的同时或者已经赋 予了振动的状态下、将用于利用焦耳热将所述2个以上的复合材料接合的电流通电至所述 接合目标位置的电源。
[0024] 如此构成时，电流变得易于通电至被赋予了振动的2个以上的复合材料的接合目 标位置，接合目标位置的热塑性树脂发生熔融，可以在接合目标位置上稳定地将复合材料 接合。
[0025] 本发明第2方式的复合材料的接合装置的特征在于，在本发明第1方式的发明中， 所述振动产生装置是把将所述2个以上的复合材料的接合面加热至热塑性树脂的熔点以 下的温度那样的振动赋予给所述接合面。
[0026] 如此构成时，由于把将2个以上的复合材料的接合面加热至热塑性树脂熔点以下 的温度那样的振动赋予给接合面，因此通过振动的能量，可以防止热塑性树脂在不同于接 合目标位置的部位发生熔融而将热塑性树脂彼此接合，同时可以在接合目标位置上对热塑 性树脂进行接合。
[0027] 本发明第3方式的复合材料的接合装置的特征在于，在本发明第1或第2方式的 发明中，所述振动产生装置赋予相对于所述2个以上的复合材料的接合面为垂直方向的振 动。
[0028] 如此构成时，通过赋予相对于2个复合材料的接合面为垂直方向的振动，可以朝 着复合材料的厚度方向直接地集中传递振动能量，可以高效地使2个以上的复合材料的接 合目标位置的接合面发热，可以抑制脱离接合目标位置的水平方向上的不希望的接合的扩 大。
[0029] 本发明第4方式的复合材料的接合装置的特征在于，在本发明的第1~第3中任 一方式的发明中，所述振动产生装置的振动频率为数kHz~数100kHz。
[0030] 如此构成时，通过赋予由规定频率产生的振动，可以高效地使成为复合材料接合 目标位置的接合表面发热。
[0031] 本发明第5方式的复合材料的接合装置的特征在于，在本发明的第1~第4任一 方式的发明中，其具备当所述2个以上的复合材料融合在一起而变成熔敷的状态时、按照 以小于规定压力的压力进行加压的方式对所述加压装置进行控制的控制装置。
[0032] 为如此构成时，在一边在以规定压力对2个以上的复合材料的接合目标位置进行 加压、一边赋予振动、通电电流、在2个以上的复合材料融合在一起而变成熔敷的状态时， 由于以小于规定压力的压力进行加压，因此可以抑制熔融了的热塑性树脂被挤出并扩散至 接合目标位置的外侧。因此，可以防止接合目标位置处抗拉强度的降低。
[0033] 本发明第6方式的复合材料的接合装置的特征在于，在本发明第5方式的发明中， 所述控制装置是在所述2个以上的复合材料的所述接合面的所述热塑性树脂温度达到熔 点时、按照以小于所述规定压力的压力进行加压的方式对所述加压装置进行控制。
[0034] 为如此构成时，由于可以在2个以上的复合材料熔解而马上要熔敷之前减弱加 压，因此可以确实地防止熔融了的热塑性树脂的扩散。
[0035] 本发明第7方式的复合材料的接合装置的特征在于，在本发明第1~第6的任一 方式的发明中，其具备：对利用所述加压装置进行加压的所述接合目标位置及其周边表面 的温度分布进行测定的温度分布测定装置；和对利用所述温度分布测定装置获得的数据与 预先存储的作为标准的温度数据是否在相同范围内进行判定的判定装置。
[0036] 为如此构成时，在利用焦耳热对2个以上的复合材料进行接合时，由于利用温度 分布测定装置获得接合目标位置的图像，因此易于进行2个以上的复合材料的接合部位是 否良好的判定。即，在2个以上的复合材料接合后，为了进行检查，即便是不进行剥离也可 容易地进行其接合是否良好的判定。特别是在碳纤维无规地分散在热塑性树脂中的复合材 料的接合时，是有效的。
[0037] 本发明第8方式的接合体的制造方法的特征在于，在使含有碳纤维和热塑性树脂 的2个以上的复合材料的接合面相接触的状态下对所述2个以上的复合材料的接合目标位 置进行加压，在所述2个以上的复合材料的接合面相接触的状态下对所述接合目标位置赋 予振动，在对进行了加压的所述2个以上的复合材料赋予了振动的状态下、将用于利用焦 耳热将所述2个以上的复合材料接合的电流通电至所述接合目标位置，从而将2个以上的 复合材料接合，制造接合体。
[0038] 如此构成时，电流变得易于通电至被赋予了振动的2个以上的复合材料的接合目 标位置，接合目标位置的热塑性树脂发生熔融，可以使复合材料在接合目标位置处稳定地 接合。
[0039] 本发明第9方式的接合体的制造方法的特征在于，在本发明第8方式的发明中，赋 予至所述2个以上的复合材料的接合目标位置的振动是将所述2个以上的复合材料的接合 面加热至热塑性树脂的熔点以下的温度那样的振动。
[0040] 如此构成时，由于将把2个以上的复合材料的接合面加热至热塑性树脂的熔点以 下的温度那样的振动赋予给接合面，因此通过振动的能量，可以防止热塑性树脂在不同于 接合目标位置的部位发生熔融而使热塑性树脂彼此接合，同时可以在接合目标位置对热塑 性树脂进行接合。
[0041] 本发明第10方式的接合体的制造方法的特征在于，在本发明第8或第9方式的发 明中，赋予至所述2个以上的复合材料的接合目标位置的振动是相对于所述2个以上的复 合材料的接合面为垂直方向的振动。
[0042] 如此构成时，通过赋予相对于2个复合材料的接合面为垂直方向的振动，可以朝 着复合材料的厚度方向直接地集中地传递振动能量，可以高效地使2个以上的复合材料的 接合目标位置的接合面发热，可以抑制脱离接合目标位置的水平方向上的不希望的接合的 扩大。
[0043] 本发明第11方式的接合体的制造方法的特征在于，在本发明的第8~第10中任 一方式的发明中，赋予至所述2个以上的复合材料的接合目标位置的振动的振动频率是数 kHz ~数 IOOkHz。
[0044] 如此构成时，通过赋予由规定频率产生的振动，可以高效地使成为复合材料的接 合目标位置的接合表面发热。
[0045] 本发明第12方式的接合体的制造方法的特征在于，在本发明的第8~第11中任 一方式的发明中，所述碳纤维在复合材料