特許 7439304 複合材接合装置及び複合材接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】複合材接合装置及び複合材接合方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/02 20060101AFI20240219BHJP

   B29C 70/02 20060101ALI20240219BHJP

【ＦＩ】

B29C65/02

B29C70/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022572855

(86)(22)【出願日】2020-12-28

(86)【国際出願番号】 JP2020049237

(87)【国際公開番号】W WO2022145012

(87)【国際公開日】2022-07-07

【審査請求日】2022-12-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】守屋 誠

(72)【発明者】

【氏名】石田 誠

(72)【発明者】

【氏名】乙部 彰吾

(72)【発明者】

【氏名】寺坂 昭宏

【審査官】関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０５９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６７８５２３２（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００７－２４５４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３２５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２５７８３８１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１０２２９２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６５／００－６５／８２

Ｂ２９Ｃ ７０／００－７０／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

面状のシートヒータと、
第１複合材部材の第１接合面と、該第１接合面に対向する第２複合材部材の第２接合面との間の介挿位置で、該第１接合面及び該第２接合面に対して平行に前記シートヒータを位置させるとともに、前記介挿位置から退避した退避位置に前記シートヒータを退避させるシートヒータ移動装置と、
前記シートヒータ移動装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記介挿位置で前記シートヒータによって前記第１接合面及び前記第２接合面を加熱した後に、前記シートヒータ移動装置によって前記退避位置まで前記シートヒータを移動し、
前記シートヒータは、グラファイトとされた発熱部と、該発熱部を挟んで固定する絶縁層とを備え、
前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材は樹脂及び繊維を含み、
前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材は航空機、船舶、又は車両の構造部材として用いられる複合材接合装置。

【請求項2】

前記第１接合面と前記第２接合面とが接近する方向に前記第１複合材部材及び／又は前記第２複合材部材を加圧する加圧手段を備え、
前記制御部は、前記シートヒータが前記介挿位置から前記退避位置へ退避した後に、前記加圧手段によって前記第１接合面と前記第２接合面との加圧を行う請求項１に記載の複合材接合装置。

【請求項3】

前記第１接合面と前記第２接合面とを接近させかつ前記第１接合面と前記第２接合面とから前記加圧手段を離間させる接近離間装置を備え、
前記制御部は、前記加圧手段によって前記第１接合面と前記第２接合面との加圧を行った後に、前記接近離間装置によって前記第１接合面と前記第２接合面とから前記加圧手段を離間させる請求項２に記載の複合材接合装置。

【請求項4】

前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材に対する前記シートヒータの相対位置を移動させる移送装置を備え、
前記制御部は、前記接近離間装置によって前記第１接合面と前記第２接合面とから前記加圧手段を離間させた後に、前記移送装置によって前記シートヒータと前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材との相対位置を移動させ、前記移送装置によって加圧を行った前記第１接合面及び前記第２接合面とは異なる位置の前記第１接合面及び前記第２接合面の前記介挿位置に前記シートヒータを移動させる請求項３に記載の複合材接合装置。

【請求項5】

前記加圧手段は、前記第１接合面の背面側となる前記第１複合材部材の第１背面及び／又は前記第２接合面の背面側となる前記第２複合材部材の第２背面に対して接するように設けられた加圧プレートを備えている請求項２から４のいずれかに記載の複合材接合装置。

【請求項6】

前記加圧プレートは、加熱及び／又は冷却する温度調整部を備えている請求項５に記載の複合材接合装置。

【請求項7】

前記シートヒータは、前記第１接合面と前記第２接合面の所定の一方向にわたって設けられている請求項１から６のいずれかに記載の複合材接合装置。

【請求項8】

第１複合材部材の第１接合面と、該第１接合面に対向する第２複合材部材の第２接合面との間の介挿位置で、該第１接合面及び該第２接合面に対して平行に面状のシートヒータを位置させて、前記シートヒータで前記第１接合面及び前記第２接合面を加熱する加熱工程と、
前記介挿位置から退避した退避位置に前記シートヒータを退避させる退避工程と、
前記第１接合面と前記第２接合面とを接近させて接合する接合工程と、
を有し、
前記シートヒータは、グラファイトとされた発熱部と、該発熱部を挟んで固定する絶縁層とを備え、
前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材は樹脂及び繊維を含み、
前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材を航空機、船舶、又は車両の構造部材として用いる複合材接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、繊維と樹脂とを含む複合材部材同士を接合する複合材接合装置及び複合材接合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

航空機等の構造部材として、繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合材部材が用いられる。複数の複合材部材同士を接合する場合には、接合面を加熱して溶融させた後に複合材部材を重ね合わせて接合する接合方法が知られている（特許文献１）。特許文献１には、複合材部材の接合面を加熱炉に設けた赤外線ヒータによって溶融させ、加圧接合成形装置へ移動させた後に接合面同士を重ね合わせて接合することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第３８５９３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に示された接合方法は、溶融後に加圧接合成形装置へ搬送する工程が必要となるため、サイクルタイムが長くなるという問題がある。
また、赤外線ヒータを用いて接合面を加熱するので、昇温速度に限界があり、さらなるサイクルタイムの短縮化が難しい。

【0005】

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複合材部材同士を接合する際のサイクルタイムを短くすることができる複合材接合装置及び複合材接合方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る複合材接合装置（１）は、面状のシートヒータ（３）と、第１複合材部材（Ｗ１）の第１接合面（Ｗ１ｃ）と、該第１接合面に対向する第２複合材部材（Ｗ２）の第２接合面（Ｗ２ｃ）との間の介挿位置で、該第１接合面及び該第２接合面に対して平行に前記シートヒータを位置させるとともに、前記介挿位置から退避した退避位置に前記シートヒータを退避させるシートヒータ移動装置と、前記シートヒータ移動装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記介挿位置で前記シートヒータによって前記第１接合面及び前記第２接合面を加熱した後に、前記シートヒータ移動装置によって前記退避位置まで前記シートヒータを移動し、前記シートヒータは、グラファイトとされた発熱部と、該発熱部を挟んで固定する絶縁層とを備え、前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材は樹脂及び繊維を含み、前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材は航空機、船舶、又は車両の構造部材として用いられる。

【0007】

本開示の一態様に係る複合材接合方法は、第１複合材部材の第１接合面と、該第１接合面に対向する第２複合材部材の第２接合面との間の介挿位置で、該第１接合面及び該第２接合面に対して平行に面状のシートヒータを位置させて、前記シートヒータで前記第１接合面及び前記第２接合面を加熱する加熱工程と、前記介挿位置から退避した退避位置に前記シートヒータを退避させる退避工程と、前記第１接合面と前記第２接合面とを接近させて接合する接合工程と、を有し、前記シートヒータは、グラファイトとされた発熱部と、該発熱部を挟んで固定する絶縁層とを備え、前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材は樹脂及び繊維を含み、前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材を航空機、船舶、又は車両の構造部材として用いる。

【発明の効果】

【0008】

複合材部材同士を接合する際のサイクルタイムを短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の一態様に係る複合材接合装置を示した横断面図である。

【図2】グラファイトヒータの層構成を示した縦断面図である。

【図3】グラファイトヒータを模式的に示した平面図である。

【図4】グラファイトヒータを退避位置に位置させた状態を示した複合材接合装置の横断面図である。

【図5】グラファイトヒータによる加熱工程を示した複合材接合装置の横断面図である。

【図6】グラファイトヒータを介挿位置から退避位置に退避させた状態を示した複合材接合装置の横断面図である。

【図7】加圧プレートによって加圧を行っている状態を示した複合材接合装置の横断面図である。

【図8】接合後に加圧プレートを第１複合材部材から離間した状態を示した複合材接合装置の横断面図である。

【図9】変形例に係る複合材接合装置の横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本開示に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係る複合材接合装置１の概略構成が示されている。複合材接合装置１を用いて第１複合材部材Ｗ１と第２複合材部材Ｗ２とを接合する。

【0011】

複合材部材Ｗ１，Ｗ２は、樹脂と炭素繊維等の繊維とを含む複合材料から構成されている。複合材部材Ｗ１，Ｗ２は、例えば航空機や、船舶、車両等の構造部材として用いることができる。複合材部材Ｗ１，Ｗ２は、既に賦形され、固化されている。

【0012】

複合材部材Ｗ１，Ｗ２は、熱可塑性樹脂が好適に用いられる。複合材部材Ｗ１，Ｗ２に用いられる複合材料としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastic）、アラミド繊維強化プラスチック（AFRP：Aramid Fiber Reinforced Plastic）等が挙げられる。

【0013】

第１複合材部材Ｗ１は、底部Ｗ１ａと底部Ｗ１ａの一側から立設された側部Ｗ１ｂとを有し、横断面がＬ字形状とされている。第１複合材部材Ｗ１は、図１において紙面垂直方向に延在する長尺部材とされている。第１複合材部材Ｗ１の底部Ｗ１ａの下面となる第１接合面Ｗ１ｃが第２複合材部材Ｗ２の上面となる第２接合面Ｗ２ｃに対して接合される。

【0014】

第２複合材部材Ｗ２は、図１において紙面垂直方向に延在する長尺状の平板とされている。第２複合材部材Ｗ２の下面となる第２背面Ｗ２ｄは、図示しないテーブル上に設置される。

【0015】

複合材接合装置１は、グラファイトヒータ（シートヒータ）３と、加圧プレート（加圧手段）５と、加圧アクチュエータ（加圧手段）７と、部品保持ステー（接近離間装置）９とを備えている。

【0016】

グラファイトヒータ３は、図２に示されているように、グラファイトとされた発熱部３ａの表面及び裏面を、絶縁層３ｂで挟んで一体とした構造とされている。グラファイトヒータ３は、グラファイトヒータ３の主要部の厚さが例えば０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とされる。ただし、図示していないが、グラファイトヒータ３の平板形状を維持するために、枠体や剛性層などが適宜設けられている。

【0017】

グラファイトヒータ３は、図１に示すように、第１接合面Ｗ１ｃの幅（同図における水平方向の寸法）とほぼ同等またはそれ以上とされている。グラファイトヒータ３の接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃに対向する面の面積は、各接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃの面積と同等またはそれ以上とされている。これにより、両接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃの全体を均一かつ短時間で加熱できるようになっている。

【0018】

グラファイトヒータ３は、図示しないグラファイトヒータ移動装置（シートヒータ移動装置）に接続されている。グラファイトヒータ移動装置は、図１に示したように、第１複合材部材Ｗ１の第１接合面Ｗ１ｃと第２複合材部材Ｗ２の第２接合面Ｗ２ｃとの間の介挿位置と、この介挿位置から側方に退避した退避位置との間でグラファイトヒータ３を移動させる。

【0019】

図２に示したように、グラファイトヒータ３の発熱部３ａは、グラファイトとされている。グラファイトは、例えばポリイミドフィルムを焼成することによって得ることができる。発熱部３ａにグラファイトを用いることによって、短い加熱時間と高い到達温度を実現することが できる。例えば、約０．２秒の加熱時間で１３００℃まで到達させることができる。

【0020】

絶縁層３ｂは、電気的な絶縁性を有する材料とされており、例えば耐熱性を有する樹脂、好適にはポリイミドフィルムが用いられる。また、１０００℃前後の耐熱性を有する耐熱性ガラスを用いることとしても良い。

【0021】

図３には、面状とされたグラファイトヒータ３が模式的に示されている。絶縁層３ｂは矩形状とされている。発熱部３ａは、矩形状とされた絶縁層３ｂの面全体にわたって設けられるように、１本の線状部が蛇行しかつ折り返すように配置されている。発熱部３ａの両端部は電流及び／又は電圧が可変とされた直流電源１１に接続されている。直流電源は、図示しない制御部によって制御される。

【0022】

制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

【0023】

加圧プレート５は、例えば金属製とされた直方体とされており、その下面が第１複合材部材Ｗ１の上面となる第１背面Ｗ１ｄに接するように配置される。加圧プレート５の上部には、加圧アクチュエータ７が固定されている。加圧プレート５は、加圧アクチュエータ７による加圧力が均一に第１複合材部材Ｗ１に伝達されるように所定の剛性を有している。

【0024】

加圧アクチュエータ７は、制御部の指令によって、加圧プレート５を介して第１複合材部材Ｗ１に対して所定の加圧力を加える。加圧アクチュエータ７の駆動力としては、電動モータ、空気圧、油圧などが用いられる。

【0025】

部品保持ステー９は、第１複合材部材Ｗ１を保持するとともに、第１複合材部材Ｗ１を第２複合材部材Ｗ２に対して接近させかつ離間させる。部品保持ステー９は、例えば真空吸着によって第１複合材部材Ｗ１の側部Ｗ１ｂを保持することができる。部品保持ステー９の動作に伴い、加圧プレート５及び加圧アクチュエータ７も上下動するようになっている。

【0026】

次に、上述した複合材接合装置１の動作について説明する。
先ず、図４に示すように、第１複合材部材Ｗ１を部品保持ステー９で吸着して保持し、第１複合材部材Ｗ１の第１接合面Ｗ１ｃと第２複合材部材Ｗ２の第２接合面Ｗ２ｃとを対向させた上で、これらの間に所定の間隔を空けておく。加圧プレート５は、第１複合材部材Ｗ１の底部Ｗ１ａの上面に接した状態で配置されている。このとき、グラファイトヒータ３は、第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとの間の介挿位置から側方（同図において左方）に退避した退避位置に位置している。

【0027】

そして、図示しないグラファイトヒータ移動装置によって、グラファイトヒータ３を矢印Ａ１で示すように横方向に移動させる。これにより、グラファイトヒータ３は、２点鎖線で示すように、第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとの間の介挿位置に位置される。このとき、グラファイトヒータ３の上面及び下面は、対向する第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃに平行でかつこれらの全体を覆うような位置に配置される。

【0028】

グラファイトヒータ３が介挿位置に位置した状態で、制御部の指令によってグラファイトヒータ３を発熱させる。グラファイトヒータ３から発生した熱は、グラファイトヒータ３の上下の両面から発生し、図５の矢印で示すように対向する第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃを加熱する（加熱工程）。これにより、第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃに位置する樹脂が溶融する。なお、グラファイトヒータ３と第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃとは、図５に示したように間隔を空けた状態で輻射熱によって加熱しても良いし、グラファイトヒータ３と第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃとを接触させた状態で熱伝導によって加熱しても良い。

【0029】

グラファイトヒータ３による加熱時間および出力（電流及び/又は電圧）は、加熱対象となる第１複合材部材Ｗ１及び第２複合材部材Ｗ２に応じて予め決定され、例えば制御部の記憶部に格納されている。

【0030】

グラファイトヒータ３による加熱が終了すると、図６の矢印Ａ２で示すように、グラファイトヒータ移動装置によってグラファイトヒータ３を介挿位置から退避位置へと移動する（退避工程）。

【0031】

次に、図７に示すように、第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃが溶融している間に（すなわち固化する前に）、部品保持ステー９によって第１複合材部材Ｗ１を下降させて第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとを接触させる。そして、制御部の指令によって加圧アクチュエータ７を動作させて、加圧プレート５を下方へ向けて押圧して第１複合材部材Ｗ１の底部Ｗ１ａを第２複合材部材Ｗ２に対して加圧しながら一定時間保持する（接合工程）。これにより、第１複合材部材Ｗ１と第２複合材部材Ｗ２とが接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃにおいて接合される。接合工程時の接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃにおける温度は、加圧プレート５の熱容量による放熱によって調整することができる。

【0032】

その後、図８に示すように、加圧アクチュエータ７による加圧を解除した後に、部品保持ステー９による第１複合材部材Ｗ１の吸着を解除した上で、部品保持ステー９を上昇させる。これにより、加圧プレート５を第１複合材部材Ｗ１の第１背面Ｗ１ｄから分離させる。

【0033】

以上により、所定の第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃを接合する工程が終了する。第１複合材部材Ｗ１及び第２複合材部材Ｗ２の長手方向における他の第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃを次に接合する場合には、第１複合材部材Ｗ１及び第２複合材部材Ｗ２に対するグラファイトヒータ３の相対位置を移動させる移送装置によって異なる第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃに対応する位置にグラファイトヒータ３を位置させる。この場合、グラファイトヒータ３を移送しても良いし、第１複合材部材Ｗ１及び第２複合材部材Ｗ２を移送しても良い。

【0034】

以上説明した本実施形態の作用効果は以下の通りである。
グラファイトヒータ３を介挿位置に位置させて第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃに対して平行に配置することで、第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃを同時に短時間で均一に加熱することができる。そして、グラファイトヒータ３を退避位置に退避させることで、第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとを接触させて接合することができる。このように、グラファイトヒータ３を介挿位置と退避位置との間で移動させることによって、対向する第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとを加熱し、加熱後にグラファイトヒータ３を退避させることで即座に第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとを接合することができるので、サイクルタイムを短くすることができる。

【0035】

グラファイトヒータ３が介挿位置から退避位置へ退避した後に第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃとの加圧を行うこととしたので、グラファイトヒータ３の退避後に即座に加圧接着を行うことができ、サイクルタイムを短くすることができる。

【0036】

第１背面Ｗ１ｄ及び／又は第２背面Ｗ２ｄに対して接するように加圧プレート５を設けることとしたので、第１接合面Ｗ１ｃ及び第２接合面Ｗ２ｃを均一に加圧することができる。

【0037】

第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃの一方向（図１において左右の幅方向）にわたってグラファイトヒータ３を設けることとした。これにより、第１接合面Ｗ１ｃと第２接合面Ｗ２ｃの幅方向の範囲において一度に加熱を行うことができる。

【0038】

グラファイトヒータ３を用いて加熱することとした。すなわち、グラファイトヒータ３を、グラファイトとされた発熱部３ａと、発熱部３ａを挟んで固定する絶縁層３ｂとを備えた構造とした。発熱部３ａをグラファイトとすることによって、短い加熱時間と高い到達温度を実現することができる。

【0039】

以上説明した本実施形態は、以下のように変形することができる。
上記実施形態では、接合工程時における接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃの温度は加圧プレート５の熱容量を用いた放熱によって調整することとしたが、図９に示すように、加圧プレートに加熱及び／又は冷却する温度調整部１５を設けても良い。温度調整部１５の温度は制御部によって制御される。温度調整部１５としては、加熱用としては電気ヒータや加熱媒体が流通する熱媒流路などを用いることができる。また冷却用としては、ペルチェ素子等の冷却素子や冷却媒体が流通する熱媒流路などを用いることができる。

【0040】

温度調整部１５を加圧プレート５に設けることによって、加圧プレート５で接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃを加熱及び／又は冷却することができる。これにより、接合工程時に接合面Ｗ１ｃ，Ｗ２ｃを接合に適した所定温度に保つことができ、適正な接着を実現することができる。

【0041】

また、本実施形態では、横断面がＬ字形状とされた第１複合材部材Ｗ１と平板形状とされた第２複合材部材Ｗ２との接合について説明したが、本開示は複合材部材の形状に限定されるものではなく、複合材部材同士を接続する際に広く用いることができる。

【0042】

また、本実施形態ではグラファイトヒータ３を用いることとしたが、グラファイトヒータ３に代えて、ステンレスシートヒータ等の面状の電気ヒータを用いても良い。

【0043】

また、本実施形態では、第１複合材部材Ｗ１を移動させて固定された第２複合材部材Ｗ２に対して接近離間させる構成としたが、本開示はこれに限定されるものではなく、第１複合材部材Ｗ１を固定して第２複合材部材Ｗ２を移動させても良く、あるいは、第１複合材部材Ｗ１及び第２複合材部材Ｗ２の両方を移動させても良い。

【0044】

以上説明した各実施形態に記載の複合材接合装置及び複合材接合方法は、例えば以下のように把握される。

【0045】

本開示の一態様に係る複合材接合装置（１）は、面状のシートヒータ（３）と、第１複合材部材（Ｗ１）の第１接合面（Ｗ１ｃ）と、該第１接合面に対向する第２複合材部材（Ｗ２）の第２接合面（Ｗ２ｃ）との間の介挿位置で、該第１接合面及び該第２接合面に対して平行に前記シートヒータを位置させるとともに、前記介挿位置から退避した退避位置に前記シートヒータを退避させるシートヒータ移動装置と、前記シートヒータ移動装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記介挿位置で前記シートヒータによって前記第１接合面及び前記第２接合面を加熱した後に、前記シートヒータ移動装置によって前記退避位置まで前記シートヒータを移動する。

【0046】

シートヒータを介挿位置に位置させて第１接合面及び第２接合面に対して平行に配置することで、第１接合面と第２接合面を同時に短時間で均一に加熱することができる。そして、シートヒータを退避位置に退避させることで、第１接合面と第２接合面とを接触させて接合することができる。このように、シートヒータを介挿位置と退避位置との間で移動させることによって、対向する第１接合面と第２接合面とを加熱し、加熱後にシートヒータを退避させることで即座に第１接合面と第２接合面とを接合することができるので、サイクルタイムを短くすることができる。
介挿位置では、シートヒータと第１接合面及び／又は第２接合面とは接触していても良いし、離間していても良い。

【0047】

さらに、本開示の一態様に係る複合材接合装置では、前記第１接合面と前記第２接合面とが接近する方向に前記第１複合材部材及び／又は前記第２複合材部材を加圧する加圧手段（５，７）を備え、前記制御部は、前記シートヒータが前記介挿位置から前記退避位置へ退避した後に、前記加圧手段によって前記第１接合面と前記第２接合面との加圧を行う。

【0048】

シートヒータが介挿位置から退避位置へ退避した後に第１接合面と第２接合面との加圧を行うこととしたので、シートヒータの退避後に即座に加圧接着を行うことができ、サイクルタイムを短くすることができる。

【0049】

さらに、本開示の一態様に係る複合材接合装置では、前記第１接合面と前記第２接合面とを接近させかつ離間させる接近離間装置（９）を備え、前記制御部は、前記加圧手段によって前記第１接合面と前記第２接合面との加圧を行った後に、前記接近離間装置によって前記第１接合面と前記第２接合面とを離間させる。

【0050】

加圧後に第１接合面と第２接合面とを離間させることとしたので、次の工程に速やかに進めることができる。

【0051】

さらに、本開示の一態様に係る複合材接合装置では、前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材に対する前記シートヒータの相対位置を移動させる移送装置を備え、前記制御部は、前記接近離間装置によって前記第１接合面と前記第２接合面とを離間させた後に、前記移送装置によって前記シートヒータと前記第１複合材部材及び前記第２複合材部材との相対位置を移動させ、前記移送装置によって加圧を行った前記第１接合面及び前記第２接合面とは異なる位置の前記第１接合面及び前記第２接合面の前記介挿位置に前記シートヒータを移動させる。

【0052】

移送装置によってシートヒータと第１複合材部材及び第２複合材部材との相対位置を移動させて、加圧を行った第１接合面及び第２接合面とは異なる位置の第１接合面及び第２接合面の介挿位置にシートヒータを移動させることとした。これにより、異なる位置の接合面にて順次接合を行うことができる。

【0053】

さらに、本開示の一態様に係る複合材接合装置では、前記加圧手段は、前記第１接合面の背面側となる前記第１複合材部材の第１背面及び／又は前記第２接合面の背面側となる前記第２複合材部材の第２背面に対して接するように設けられた加圧プレート（５）を備えている。

【0054】

第１背面及び／又は第２背面に対して接するように加圧プレートを設けることとしたので、第１接合面及び第２接合面を均一に加圧することができる。

【0055】

さらに、本開示の一態様に係る複合材接合装置では、前記加圧プレートは、加熱及び／又は冷却する温度調整部（１５）を備えている。

【0056】

温度調整部を加圧プレートに設けることによって、加圧プレートで接合面を加熱及び／又は冷却することとした。これにより、加圧時に所定温度に保つことができ、適正な接着を実現することができる。

【0057】

さらに、本開示の一態様に係る複合材接合装置では、前記シートヒータは、前記第１接合面と前記第２接合面の所定の一方向にわたって設けられている。

【0058】

第１接合面と第２接合面の一方向にわたってシートヒータを設けることとした。これにより、第１接合面と第２接合面の一方向の範囲において均一に加熱を行うことができる。例えば、第１複合材部材及び／又は第２複合材部材が長尺とされている場合には、幅方向（一方向）を一度に加熱することができる。

【0059】

前記シートヒータは、グラファイトとされた発熱部（３ａ）と、該発熱部を挟んで固定する絶縁層（３ｂ）とを備えている。

【0060】

シートヒータをグラファイトヒータとした。すなわち、シートヒータを、グラファイトとされた発熱部と、発熱部を挟んで固定する絶縁層とを備えた構造とした。発熱部をグラファイトとすることによって、短い加熱時間と高い到達温度を実現することができる。例えば、グラファイトとされた発熱部は、約０．２秒の加熱時間で１３００℃まで到達させることができる。

【0061】

本開示の一態様に係る複合材接合方法は、第１複合材部材の第１接合面と、該第１接合面に対向する第２複合材部材の第２接合面との間の介挿位置で、該第１接合面及び該第２接合面に対して平行に面状のシートヒータを位置させて、前記シートヒータで前記第１接合面及び前記第２接合面を加熱する加熱工程と、前記介挿位置から退避した退避位置に前記シートヒータを退避させる退避工程と、前記第１接合面と前記第２接合面とを接近させて接合する接合工程と、を有する。

【符号の説明】

【0062】

１ 複合材接合装置
３ グラファイトヒータ（シートヒータ）
３ａ 発熱部
３ｂ 絶縁層
５ 加圧プレート（加圧手段）
７ 加圧アクチュエータ（加圧手段）
９ 部品保持ステー（接近離間装置）
１１ 直流電源
１５ 温度調整部
Ｗ１ 第１複合材部材
Ｗ１ａ 底部
Ｗ１ｂ 側部
Ｗ１ｃ 第１接合面
Ｗ１ｄ 第１背面
Ｗ２ 第２複合材部材
Ｗ２ｃ 第２接合面
Ｗ２ｄ 第２背面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】