特許 7467681 電磁溶接での使用のためのファイバー強化複合ラミネート及びこのラミネート製の成形パーツの電磁溶接方法

(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】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】電磁溶接での使用のためのファイバー強化複合ラミネート及びこのラミネート製の成形パーツの電磁溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/14 20060101AFI20240408BHJP

【ＦＩ】

B29C65/14

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022566271

(86)(22)【出願日】2021-04-30

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-14

(86)【国際出願番号】 NL2021050286

(87)【国際公開番号】W WO2021221510

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-10-28

(31)【優先権主張番号】2025473

(32)【優先日】2020-04-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(73)【特許権者】

【識別番号】520471519

【氏名又は名称】コーク・アンド・ファン・エンゲレン・コンポジット・ストラクチャーズ・ベー．フェー．

【氏名又は名称原語表記】ＫＯＫ ＆ ＶＡＮ ＥＮＧＥＬＥＮ ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ Ｂ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｌａａｎ ｖａｎ Ｙｐｅｎｂｕｒｇ ５６，２４９７ ＧＢ Ｄｅｎ Ｈａａｇ，Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】マールテン・ラボルドゥス

(72)【発明者】

【氏名】トム・ヤンセン

(72)【発明者】

【氏名】ミヒル・ヘンドリック・ポール・ブラウケルス

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・ウィルツ

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンドロス・ミハイル・ミトラウシアス

(72)【発明者】

【氏名】サシャ・シュミッター

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／１８７０４３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラミネート製の成形パーツの電磁溶接で用いられるファイバー強化複合ラミネートにして、熱可塑性基材に埋設された導電性ファイバーから各々が形成された複数の構造レイヤーを備え、電磁界を生成する導電体によって前記導電性ファイバーに渦電流が誘導されるラミネートであって、
前記複数の構造レイヤーは、２つの隣接して位置した構造レイヤーの第１、第２、及び、オプションとして第３のペアを含み、
前記第１ペアは、当該ペアの前記２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、前記第１ペアの前記２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に許す面外の電気的な体積抵抗Ｒ ₁ を有し、
前記第２ペアは、当該ペアの前記２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、前記第２ペアの前記２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に阻止する面外の電気的な体積抵抗Ｒ ₂ を有し、
オプションの前記第３ペアは、当該ペアの２つの構造レイヤーの間に中間レイヤーを有さず；
更には、前記Ｒ ₁ 及びＲ ₂ が有限、かつ０＜Ｒ ₁ ＜Ｒ ₂ であり、
各第１及び第２ペアの前記中間レイヤーは、各第１及び第２ペアにおける前記２つの構造レイヤーとは、各第１及び第２ペアの前記中間レイヤーが前記導電性ファイバーを備えない点で異なり、
ρ ₁ ×ｔ ₁ ＜ρ ₂ ×ｔ ₂ とすることでＲ ₁ ＜Ｒ ₂ が達成され、ここで、ρ ₁ は、前記第１ペアの前記中間レイヤーの材料の電気的な体積抵抗率であり、ｔ ₁ は、前記第１ペアの前記中間レイヤーの平均厚であり、ρ ₂ は、前記第２ペアの前記中間レイヤーの材料の電気的な体積抵抗率であり、ｔ ₂ は、前記第２ペアの前記中間レイヤーの平均厚であり、
前記ラミネートは、電磁的に溶接可能な外面を有し、前記第１ペアは、前記ラミネートの面外方向において前記ラミネートの溶接可能な外側で前記ラミネートに設けられる、ラミネート。

【請求項2】

ラミネート製の成形パーツの電磁溶接で用いられるファイバー強化複合ラミネートにして、熱可塑性基材に埋設された導電性ファイバーから各々が形成された複数の構造レイヤーを備え、電磁界を生成する導電体によって前記導電性ファイバーに渦電流が誘導されるラミネートであって、
前記複数の構造レイヤーは、２つの隣接して位置した構造レイヤーの第１、第２、及び、オプションとして第３のペアを含み、
前記第１ペアは、当該ペアの前記２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、前記第１ペアの前記２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に許す面外の電気的な体積抵抗Ｒ ₁ を有し、
前記第２ペアは、当該ペアの前記２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、前記第２ペアの前記２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に阻止する面外の電気的な体積抵抗Ｒ ₂ を有し、
オプションの前記第３ペアは、当該ペアの２つの構造レイヤーの間に中間レイヤーを有さず；
更には、前記Ｒ ₁ 及びＲ ₂ が有限、かつ０＜Ｒ ₁ ＜Ｒ ₂ であり、
各第１及び第２ペアの前記中間レイヤーは、各第１及び第２ペアにおける前記２つの構造レイヤーとは、各第１及び第２ペアの前記中間レイヤーが前記導電性ファイバーを備えない点で異なり、
ρ ₁ ×ｔ ₁ ＜ρ ₂ ×ｔ ₂ とすることでＲ ₁ ＜Ｒ ₂ が達成され、ここで、ρ ₁ は、前記第１ペアの前記中間レイヤーの材料の電気的な体積抵抗率であり、ｔ ₁ は、前記第１ペアの前記中間レイヤーの平均厚であり、ρ ₂ は、前記第２ペアの前記中間レイヤーの材料の電気的な体積抵抗率であり、ｔ ₂ は、前記第２ペアの前記中間レイヤーの平均厚であり、
前記第２ペアの少なくとも前記中間レイヤーが、厚み較正ガーゼ又はメッシュといった形態の非導電性ファイバーを備える、ラミネート。

【請求項3】

前記ラミネートは、電磁的に溶接可能な外面を有し、前記第２又はオプションの前記第３ペアの一つは、前記ラミネートの溶接可能な外側の反対の外側、或いは内側で前記ラミネートに設けられる、請求項１又は２に記載のラミネート。

【請求項4】

前記第１、前記第２及び／又はオプションの前記第３ペアの前記構造レイヤーの少なくとも一つにおける前記導電性ファイバーは、前記隣接した構造レイヤーの少なくとも一つにおいて局所的に途絶する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のラミネート。

【請求項5】

前記第１、前記第２及び／又はオプションの前記第３ペアの２つの前記構造レイヤーにおける前記導電性ファイバーが、前記ペアの一つの構造レイヤーにおけるラインと、前記ペアの他方の隣接したレイヤーにおける別のラインに沿って局所的に途絶し、両ラインがお互いに交差する、請求項４に記載のラミネート。

【請求項6】

前記第１及び／又はオプションの前記第３ペアの前記導電性ファイバーが局所的に途絶する、請求項４又は５に記載のラミネート。

【請求項7】

前記構造レイヤーにおける前記導電性ファイバーは、一定方向に配向される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のラミネート。

【請求項8】

前記第１ペアの前記中間レイヤーは、熱可塑性ポリマーを含み、０．０５ｍｍと０．１５ｍｍの間、より好ましくは、０．０７ｍｍと０．１２ｍｍの間の平均厚を有し、前記第２ペアの前記中間レイヤーは、熱可塑性ポリマーを含み、０．２０ｍｍよりも大きい平均厚を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のラミネート。

【請求項9】

前記構造レイヤーが厚みを有し、基材ポリマー豊富エリアが幾つかの前記構造レイヤーの片側又は両側で前記厚みの一部上を延びる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のラミネート。

【請求項10】

前記第１及び／又は第２ペアの前記中間レイヤーは、当該ペアの前記隣接した構造レイヤーの少なくとも一つの前記基材ポリマー豊富エリアにより形成される、請求項９に記載のラミネート。

【請求項11】

前記第１ペアの前記中間レイヤーは、前記第１ペアの前記２つの構造レイヤーの間に渦電流が流れることを実質的に許す前記面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を調整するために熱可塑性ポリマーに埋設された導電性粒子を備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のラミネート。

【請求項12】

隣接した構造レイヤーの前記第１及び／又は第２ペアの前記中間レイヤーの材料は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７で測定される時、１０¹⁵Ω・ｃｍと２０×１０¹⁵Ω・ｃｍの間の電気的な体積抵抗率を有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のラミネート。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のラミネート製の成形パーツを電磁溶接するための方法であって、当該方法は：
前記成形パーツの溶接可能な外面同士をお互いに接触させて接触面を画定すること；
交番電圧の下で電磁界を生成して前記成形パーツの前記導電性ファイバーを加熱し、各成形パーツの前記第２ペアの前記構造レイヤーの基材ポリマーがその溶融温度を超えて維持されるべくインダクタを提供すること；及び
各成形パーツの前記第１及びオプションの前記第３ペアの前記構造レイヤーの基材ポリマーをその溶融温度未満に維持すること；及び
オプションとして、前記成形パーツを一緒に加圧することを含む、方法。

【請求項14】

前記インダクタは、前記成形パーツの前記接触面に対して経路に沿って動かされ、前記導電性ファイバーが、前記接触面の所定部分において加熱される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記インダクタは、少なくとも溶接の方向において実質的に円柱状の電磁界を生成するリニア誘導セグメントを備える、請求項１３又は１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合材の分野に関する。特には、本発明は、複合材から成る多数の成形パーツの電磁溶接により形成された構造体に関する。本発明は、特に多数の複合成形パーツの電磁溶接から形成された航空構造体の分野での利用を見込んでいる。

【背景技術】

【0002】

複合ラミネート及びそのようなラミネートから成る成形パーツが、ますます多くの用途で用いられており、複合材の相対的に高い比剛性及び強度が長所として受け取られている。航空宇宙産業において重量の軽減が特に重要である。この産業での汎用材料は、カーボンファイバーと熱硬化性基材ポリマー（thermosetting matrix polymer）の複合ラミネートである。そのようなラミネートから成る複合の成形パーツを造ることができるが、そのようなパーツの熱硬化性基材ポリマーが硬化すると、その形状が不変（永続的なもの）になる。複合の構造体を得るため、成形パーツは、度々、お互いに、又は、補剛材（stiffeners）といった他のパーツに連結されなければならない。伝統的には、これは、ボルト締めによるといった機械的な手段によって又は接着剤結合による如く化学的に生じる。

【0003】

近時になって、カーボンファイバーと熱可塑性基材ポリマー（thermoplastic matrix polymer）の複合ラミネートが導入されている。そのような熱可塑性複合ラミネートは、単純に熱可塑性ポリマー基材をその軟化又は溶融温度を超えるまで加熱することによって、固化後に成形され得る。

【0004】

カーボンファイバーが導電性であるため、電磁界を生成する導電体によってカーボンファイバーに渦電流が誘導され得る。渦電流がカーボンファイバーを加熱し、成形パーツの内部からの加熱を生じさせる。この特性により、上述のラミネート製の成形パーツの電磁溶接の可能性が提供される。そのような工程において熱可塑性ポリマー基材が渦電流によりその軟化又は溶融温度を超えて加熱され、これにより、一緒に融合又は溶着する成形パーツのそれぞれの外面の電磁的な溶接が可能になる。その溶接可能面以外の成形パーツの部分の加熱は、一般的には、望まれない。なぜなら、これにより成形パーツの部分にダメージが生じ得るためである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ファイバー強化複合ラミネート製の成形パーツを電磁的に結合する方法の改良を提供することが本発明の目的である。そのような成形パーツの電磁溶接の方法の改良のために用いられるファイバー強化複合ラミネートを提供することが更なる一つの目的である。また別の目的は、そのようなファイバー強化複合ラミネートを製造するための方法に関する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、これらの及び他の目的のために請求項１に係るラミネート製の成形パーツの電磁溶接で用いられるファイバー強化複合ラミネートを提供する。ファイバー強化複合ラミネートは、熱可塑性基材に埋設された導電性ファイバーから各々が形成された複数の構造レイヤーを備え、電磁界を生成する導電体によって導電性ファイバーに渦電流が誘導され得る；
複数の構造レイヤーは、２つの隣接して位置した構造レイヤーの第１、第２、及び、オプションとして第３のペアを含み、
第１ペアは、当該ペアの２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、第１ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に許す面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有し、
第２ペアは、当該ペアの２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、第２ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に阻止する面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を有し、
第３ペアは、当該ペアの２つの構造レイヤーの間に中間レイヤーを有さず；
更には、Ｒ₁及びＲ₂が有限、かつ０＜Ｒ₁＜Ｒ₂である。
各ペアの中間レイヤーは、各ペアにおける２つの構造レイヤーとは、好適には、各ペアの中間レイヤーが導電性ファイバーを備えない点で異なる。従って、各中間レイヤーは、構造的又は耐荷重機能を果たさず、又は、ただ微弱な程度で果たす。

【0007】

本発明によれば、電磁界を生成する導電体が発明に係るラミネートの近傍に設けられる時、導電性ファイバーに渦電流が誘導され、ジュール熱によってそれらを加熱し、これにより周囲の熱可塑性基材ポリマーも加熱する。

【0008】

抵抗性、抵抗、又はオーム熱としても知られるジュール熱は、導体を介した電流の通過により熱が生成される工程である。熱量は、電流が流れる方向における抵抗に比例する。

【0009】

隣接して位置付けられた構造レイヤーの第２ペアは、殆どジュール熱に晒されない。なぜなら、第２ペアの２つの構造レイヤーの間に渦電流が流れることが実質的に阻止されるためである。これは、Ｒ₁と比べて相対的に高い面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を有するそのような第２ペアの中間レイヤーを設けることにより可能になる。第２ペアでは、ジュール熱は、各レイヤーの導電性ファイバーにおいて別々に誘導された渦電流に実質的に制限され、より少ない熱の生成をもたらす。これにより、１以上の第２ペアを含むラミネートの部分が電磁界の影響の下で過加熱されることから阻止される。そのような第２ペアの部分は、従って、さもなければ損傷し得る過加熱から阻止される。

【0010】

溶接について、電磁界は、ラミネートの他の部分の熱可塑性基材ポリマーを基材ポリマーの軟化又は溶融温度を超える温度にするために、その部分を加熱しなければならない。この目的のため、隣接して位置付けられた構造レイヤーの第３ペアを使用することができる。隣接して位置付けられた構造レイヤーの第３ペアは、ダイレクト・ファイバー間コンタクト及び／又は誘電体ヒステリシス（dielectric hysteresis）により生じる、所謂、接合加熱（junction heating）により加熱される。渦電流は、第３ペアの２つの構造レイヤーの間に流れることが実質的に許され、それらのレイヤーは、相対的に高められた有限の面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を持つ中間レイヤーの介在なく、実にお互いに直接的に連結されている。第３ペアにおけるジュール損失は、緩慢である。なぜなら、面外方向の電流は、相対的に低い電気的な表面抵抗率ρ₃（Ω・ｍ²）に抗して流れるためである。測定された電気的な表面抵抗率ρ₃の値は、典型的には、１０^-3Ω・ｍ²未満であり、例えば、０．２０×１０^-4Ω・ｍ²及び５×１０^-4Ω・ｍ²の間である。

【0011】

本発明者は、等しい電磁界強度についてラミネートでのジュール熱が高められることを理解した。これについて、本発明の一つの側面によれば、第１ペアは、当該ペアの２つの構造レイヤーの間に位置する中間レイヤーを有し、当該中間レイヤーは、第１ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に許す面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有する。面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁は、構造レイヤーの第２及び第３ペアのみを備えるラミネートよりも第１ペアにおいてジュール熱を高めるのに十分に大きく選択される。他方、電気的な体積抵抗Ｒ₁は、Ｒ₂よりも小さく、第１ペアの構造レイヤーの間に渦電流が流れることを許す。換言すれば、第１ペアは、加熱の効率性の観点においてラミネートを最適化させる。ラミネートの第２ペアは、相対的に冷えたままであり損傷を阻止し、他方、第１ペアが同分野で知られたものよりも効率的に加熱する。その先行技術は、実に、第３ペアのみ、即ち、お互いに直接的に連結された複数の構造レイヤーを有するラミネートの使用に依拠している。

【0012】

如何なる理論にとらわれることなく、第１ペアの中間レイヤーの面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁は、ジュール熱を増加しつつも、第１ペアの２つの構造レイヤーの間に渦電流が流れることを実質的に許すように最適化されるかもしれない。そのような最適化は、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁に影響する要因を選択することにより実行され得る。この抵抗は、次式により与えられる：
Ｒ₁＝ρ₁×ｔ／Ａ （１）
ここでは、ρ₁は、オーム・ｍでの中間レイヤーの材料の電気的な体積抵抗率であり、ｔは、中間レイヤーの平均厚であり、Ａは、電流が流れる面積である。面積Ａは、ラミネートの表面積におおよそ等しい。これから、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁は、中間レイヤーの材料（の電気的な抵抗率）、及び／又は、中間レイヤーの平均厚ｔの選択により影響を受け得ることになる。上限Ｒ₂は、ラミネートに第２ペアを設け、そのようなラミネートに電磁界により生成された熱を観察することにより決定され得る。

【0013】

電気的な（体積及び表面）抵抗率及び抵抗の全ての値は、室温、温度２５℃で測定されることに留意されたい。

【0014】

レイヤー間の構造レイヤーの第３ペアにおける表面抵抗Ｒ₃は、ρ₃／Ａに等しく、第１ペアの２つのレイヤー間の全抵抗は、体積抵抗Ｒ₁＋表面抵抗Ｒ₃の２倍に等しいことに留意されたい。実に、各構造レイヤーと中間レイヤーの間に２つの界面がある。Ｒ₁は、一般的にＲ₃よりもかなり大きいため、Ｒ₃の貢献は、無視され得る。

【0015】

本発明の改良された実施形態により、０．１Ｒ₂＜Ｒ₁＜０．９Ｒ₂、より好ましくは０．２Ｒ₂＜Ｒ₁＜０．８Ｒ₂、更により好ましくは０．３Ｒ₂＜Ｒ₁＜０．７Ｒ₂、及び、最も好ましくは、０．４Ｒ₂＜Ｒ₁＜０．６Ｒ₂のラミネートが提供される。

【0016】

本発明に係るラミネートの別の実施形態は、電磁的に溶接可能な外面を有し、第１ペアは、ラミネートの面外方向においてラミネートの溶接可能な外側でラミネートに設けられる。これにより溶接可能な外面の加熱が促進される。

【0017】

本発明に係るラミネートのまた別の実施形態は、電磁的に溶接可能な外面を有し、第２又はオプションの第３ペアの一つは、ラミネートの溶接可能な外側の反対の外側、或いは内側でラミネートに設けられる。これにより、ラミネートの溶接可能な外側の反対の外側、或いは内側での過加熱が抑制される。この実施形態は、また、溶接可能な外面以外のラミネートの部分の加熱を低下するヒートシンクの使用の必要性を低減する。

【0018】

第２ペアの少なくとも中間レイヤーが、厚み較正（thickness calibration）ガーゼ又はメッシュといった形態の非導電性ファイバー（non-conductive fibers）を備える実施形態に係るラミネートを提供することに利益がある。また別の好適な実施形態は、第１ペアの少なくとも中間レイヤーが、厚み較正ガーゼ又はメッシュといった形態の非導電性ファイバーを備えるラミネートを提供する。上述の実施形態は、体積抵抗Ｒ₁及び／又はＲ₂のより良い制御も許容する。実に、これらのラミネートが成形製品に成形される時、第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーの平均厚は、変化に晒されにくい。実に、非導電性ファイバーは、簡単には圧縮されず、軟化したポリマーの流出に対してある程度の保護を提供する。これは、Ｒ₁＜Ｒ₂として、実に第２ペアの中間レイヤーよりも高温にまで加熱される第１ペアの中間レイヤーに特に関連する。

【0019】

本出願の内容において非導電性ファイバーは、例えば、カーボン又はグラファイトファイバーよりも電気の伝導に適さない。適切な例は、ガラスファイバー、ジュートといった天然繊維、及びポリエチレン及びポリアラミドファイバーといった有機繊維である。

【0020】

第１、第２及び／又はオプションの第３ペアの構造レイヤーの少なくとも一つにおける導電性ファイバーは、隣接した構造レイヤーの少なくとも一つにおいて局所的に途絶（中断）する実施形態に係るラミネートの提供により電磁界の作用の下での加熱が更に促進され得ることが更に確立されている。加熱は、局所的な途絶でかなり増加すると見られる。

【0021】

別の有用な実施形態は、第１、第２及び／又はオプションの第３ペアの２つの構造レイヤーにおける導電性ファイバーが、ペアの一つの構造レイヤーにおけるラインと、ペアの他方の隣接したレイヤーにおける別のラインに沿って局所的に途絶し、両ラインがお互いに交差するラミネートを提供する。

【0022】

また、別の有用な実施形態は、第１、第２及び／又はオプションの第３ペアの２つの構造レイヤーにおける導電性ファイバーは、ペアの一つの構造レイヤーにおけるラインと、ペアの他方の隣接したレイヤーの別のラインに沿って局所的に途絶し、両ラインがお互いに一致するラミネートを提供する。

【0023】

特に有用な実施形態は、第１及び／又はオプションの第３ペアの導電性ファイバーが局所的に途絶するラミネートを提供する。なぜなら、これらのペアでは、効率的な加熱が特に望まれるためである。

【0024】

導電性ファイバーは、本分野で知られた任意の態様で構造レイヤーに存在し得る。例えば、導電性ファイバーは、織成された布の形態で適用され、ファイバーは、主ファイバー方向において真っ直ぐに延び、波状の横方向ファイバーが主ファイバー方向に略垂直な方向に延びる。また、導電性ファイバーは、マット面においてランダムにファイバーが延びるランダムマット（random mat）の形態で適用され得る。他の形態は、例えば、編み構造といった３次元構造体を含み得る。また別の態様は、ファイバー方向においてお互いに平行に延びる一定方向に配向された複数のファイバーを含み得る。好適な実施形態は、構造レイヤーにおける導電性ファイバーが一定方向に配向されたラミネートを提供する。この点が、ペアの中間レイヤーに存在し得るオプションの非導電性ファイバーにも当てはまる。

【0025】

一定方向のファイバーが用いられる時、本実施形態に係るラミネートは、次のように特徴付けられる：少なくとも第１ペアは、一定方向のファイバーの方向が一つの構造レイヤーと別のもので異なる構造レイヤーを備える。一つの構造レイヤーの一定方向のファイバーの方向が、ペアの他方の構造レイヤーの一定方向のファイバーの方向に垂直に走る第１ペアが特に好ましい。

【0026】

構造レイヤーは、各々、熱可塑性基材に埋設された導電性ファイバーから成る。特には、ラミネートの構築のために特に適する材料は、プリプレグ（prepregs）とも本分野では呼ばれる半製品の形態の構造レイヤーを含む。熱可塑性ポリマーは、ポリマーの軟化又は溶融温度を超えて加熱される時の融合による単純な態様でレイヤー間で結合され、又は、レイヤーの強化繊維に結合され得る。プリプレグがスタックされてラミネートが形成され得る。

【0027】

中間レイヤーの材料は、その目的のために適切な任意の材料であり得る。例えば、中間レイヤーにおいて用いられる適切な材料は、ゴム、熱硬化性及び／又は熱可塑性ポリマー、又はこれらの組み合わせであり得る。構造レイヤーのペアにおける中間レイヤーの材料が、ペアの構造レイヤーで用いられている熱可塑性基材ポリマーと同一、又は同種である時に利益がある。

【0028】

特定の適切な熱可塑性ポリマーの例は、ほんの少し挙げれば、ポリエチレン又はポリプロピレンといったポリオレフィン、ポリアミド、及び／又は、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリフェニレンサルファイドといった高温耐性ポリマーを含む。

【0029】

構造レイヤーの第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーは、２つの構造レイヤーの間に挿入されてペアを形成する別の層で有り得る。しかしながら、好適な実施形態は、構造レイヤーがプリプレグにおけるように厚みを有し、基材ポリマー豊富エリア（matrix polymer-rich area）が一つ又は両方のレイヤーの片側又は両側で厚みの一部上を延びるラミネートに関する。第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーは、当該ペアの隣接した構造レイヤーの少なくとも一つのポリマー豊富エリアにより形成され得る、また、構造レイヤー間に別の中間レイヤーの挿入が必要ない。

【0030】

どのようにそのような構造レイヤー、好適には、プリプレグが結合するかに依存して幾つかの可能性がある。まず、基材ポリマー豊富エリアは、構造レイヤーの両側に存在し得、構造レイヤーの上側に、又は、下側に存在し得る。片側のみに基材ポリマー豊富エリアを有する構造レイヤーは、３つの態様で片側だけに基材ポリマー豊富エリアを有する別の構造レイヤーに結合され得、即ち、基材ポリマー豊富エリア同士をお互いに対して提供し、一つの構造レイヤーの基材ポリマー豊富エリアを第２の構造レイヤーの基材ポリマー非豊富エリアに対して提供し、又は、両方の基材ポリマー非豊富エリアをお互いに対して提供することによる。獲得される中間レイヤーの厚みの差に起因して、第２ペア、第１ペア及び第３ペアが、斯くして獲得され得る。

【0031】

実際、ある実施形態は、第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーが、当該ペアの隣接した構造レイヤーの少なくとも一つのポリマー豊富エリアから成るラミネートに関する。別の実施形態は、第２ペアの中間レイヤーは、当該ペアの両方の隣接した構造レイヤーの基材ポリマー豊富エリアにより形成されるラミネートに関する。

【0032】

本発明に係る第１ペアの中間レイヤーが面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有し、本発明に係る第２ペアの中間レイヤーが面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を有し、Ｒ₁は、第１ペアの２つの構造レイヤーの間に渦電流が流れることを実質的に許すように選択され、Ｒ₂は、第２ペアの２つの構造レイヤーの間に渦電流が流れることを実質的に阻止するように選択される。

【0033】

中間レイヤーの面外の電気的な体積抵抗Ｒに影響を与える一つの方法は、その厚みを変えることである。従って、ある実施形態では、第１ペアの中間レイヤーの平均厚ｔ₁が第２ペアの中間レイヤーの平均厚ｔ₂よりも小さいことにラミネートが特徴付けられる。第３ペアは、平均厚＝０を呈し、なぜなら、そのような第３ペアは、その構造レイヤーの間に中間レイヤーを有しないためである。

【0034】

一つの実施形態によれば、第１ペアの中間レイヤーが熱可塑性ポリマーを含み、かつ０．０５ｍｍと０．１５ｍｍの間、より好ましくは、０．０７ｍｍと０．１２ｍｍの間の平均厚を有するラミネートが提供される。

【0035】

また別の実施形態は、第２ペアの中間レイヤーが、熱可塑性ポリマーを含み、かつ０．２０ｍｍよりも大きい平均厚を有するラミネートを提供する。

【0036】

示唆した平均厚は、処理後のもの、即ち、ラミネートが形成された後のもの、オプションとして、加圧、また固化された後のものであることに留意されたい。

【0037】

中間レイヤーは、ラミネートの全平面エリア（complete planar area）上で連続であり得るが、この平面エリアの一部を被覆し得る。この点は、２つの隣接した構造レイヤーの間のコンタクトエリアについても同様である。実に、本発明の実施形態によれば、ペアの隣接した構造レイヤーの各々がコンタクトエリアを有し、基材ポリマー豊富エリアがコンタクトエリアの一部上だけを延びるラミネートが提供される。

【0038】

また別の実施形態は、隣接した構造レイヤーの各々がコンタクト幅及び長を有し、基材ポリマー豊富エリアがコンタクト幅又は長の一部上を延びるラミネートを提供する。

【0039】

構造レイヤーの強化ファイバー上に中間レイヤーを設けることも可能であり得る。例えば、そのような強化ファイバーは、適切な電気抵抗を持つポリマーのシェル又は被覆物（jacket）でコーティングされ得る。

【0040】

第１ペアの中間レイヤーの面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁に影響を与えるため、中間レイヤーの材料は、導電材料を備え得る。有用な実施形態は、第１ペアの中間レイヤーは、熱可塑性ポリマーに埋設された、金属粒子といった導電性粒子を備えるラミネートを提供する。強磁性粒子といった他の添加物も使用され得る。

【0041】

電気的な体積抵抗は、中間レイヤーを形成する材料の電気的な体積抵抗率により影響され得る。材料の電気的な体積抵抗率は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７に記述のように標準的な試験方法によって測定される。即ち、２つの電極の間に標準サイズの標本が置かれる。次に、ある期間（６０秒）に亘って電圧が印加され、抵抗が測定される。次に、体積抵抗率が上述の式（１）に即して計算される。電気的な（体積及び表面）抵抗率と抵抗の全ての値は、２５℃の室温で測定される。僅かな偏差について、ＡＳＴＭ Ｄ２５７で説明のように訂正が行われる。

【0042】

本発明の実施形態によれば、隣接した構造レイヤーの第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーの材料は、１０¹⁵Ω・ｃｍと２０×１０¹⁵Ω・ｃｍの間の電気的な体積抵抗率を有するラミネートが提供される。

【0043】

任意の材料により電流に提供される抵抗は、常に並列に働く体積及び表面抵抗の複合効果である。体積抵抗は、材料の本体に電流が流れる時の漏れへの抵抗であり、他方、表面抵抗は、ある材料の表面又は２つの材料の間の界面に沿う漏れに対する抵抗に関する。絶縁材料の表面抵抗率は、その体積抵抗率よりも桁違いに小さい。

【0044】

本発明の別の側面によれば、発明した複合ラミネートから成形パーツを製造するための方法が提供される。方法は、各々が熱可塑性基材に埋設された導電性ファイバーを備える複数の構造レイヤーを設けること；２つの隣接した構造レイヤーの間に面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有する中間レイヤーを設けて第１ペアを形成することにして、第１ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることが実質的に許される；２つの隣接した構造レイヤーの間に面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を有する中間レイヤーを設けて第２ペアを形成することにして、第２ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることが実質的に阻止されることを含み、ここで、Ｒ₁及びＲ₂が有限、かつ０＜Ｒ₁＜Ｒ₂であり、各ペアの中間レイヤーは、各ペアにおける２つの構造レイヤーとは、各ペアの中間レイヤーが導電性ファイバーを備えない点で異なり、オプションとして、お互いに対して隣接した２つの構造レイヤーを設けて第３ペアを形成すること；構造及び中間レイヤーをスタックして第１、第２、及びオプションの第３ペアの１以上のスタックを形成すること；スタックを加熱することで得られるスタックを形成し、加圧して複合ラミネート製の成形パーツを形成すること；及び冷却により成形パーツを固化すること、を含む。

【0045】

成形パーツの製造方法の模範的な実施形態は、次の方法を提供する：ラミネートは、電磁的に溶接可能な外面を有し、第１ペアは、ラミネートの面外方向においてラミネートの溶接可能な外側でラミネートに位置付けられる；ラミネートは、電磁的に溶接可能な外面を有し、第２又はオプションの第３ペアの一つは、ラミネートの溶接可能な外側の反対の外側、或いは内側でラミネートに位置付けられる；第１、第２及び／又はオプションの第３ペアの構造レイヤーの少なくとも一つにおける導電性ファイバーは、隣接した構造レイヤーの少なくとも一つにおいて局所的に途絶する；第１、第２及び／又はオプションの第３ペアの２つの構造レイヤーにおける導電性ファイバーが、ペアの一つの構造レイヤーにおけるラインと、ペアの他方の隣接したレイヤーにおける別のラインに沿って局所的に途絶し、両ラインがお互いに交差する；第１、第２及び／又はオプションの第３ペアの２つの構造レイヤーにおける導電性ファイバーは、ペアの一つの構造レイヤーにおけるラインと、ペアの他方の隣接したレイヤーの別のラインに沿って局所的に途絶し、両ラインがお互いに一致する；第１及び／又はオプションの第３ペアの導電性ファイバーが局所的に途絶する；構造レイヤーにおける導電性ファイバーが一定方向に配向され、少なくとも第１ペアが、一定方向のファイバーの方向が第１ペアの別の一つの構造レイヤーとは異なる構造レイヤーを備えるように複数の構造レイヤーがスタックされる；構造レイヤーが厚みを有し、基材ポリマー豊富エリアが幾つかの構造レイヤーの片側又は両側で厚みの一部上を延び、第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーは、当該ペアの隣接した構造レイヤーの少なくとも一つの基材ポリマー豊富エリアにより形成される；第２ペアの中間レイヤーは、当該ペアの両方の隣接した構造レイヤーの基材ポリマー豊富エリアにより形成される；隣接した構造レイヤーの各々がコンタクトエリアを有し、基材ポリマー豊富エリアがコンタクトエリアの一部上を延びる；隣接した構造レイヤーの各々がコンタクト幅及び長を有し、基材ポリマー豊富エリアがコンタクト幅又は長の一部上を延びる；第１ペアの中間レイヤーは、第１ペアの２つの構造レイヤーの間に渦電流が流れることを実質的に許す面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を調整するために熱可塑性ポリマーに埋設された導電性粒子を備える；第１及び／又は第２ペアの構造レイヤー及び／又は中間レイヤーの基材熱可塑性ポリマーは、半結晶性ポリアリールエーテルケトン熱可塑性ポリマーを含む；隣接した構造レイヤーの第１及び／又は第２ペアの中間レイヤーの材料は、ＡＳＴＭ Ｄ２５７で測定される時、１０¹⁵Ω・ｃｍと２０×１０¹⁵Ω・ｃｍの間の電気的な体積抵抗率を有する。

【0046】

本発明のまた別の側面によれば、発明されたラミネートから成形パーツを電磁溶接する方法が提供される。方法は、成形パーツの溶接可能な外面同士をお互いに接触させて接触面を画定すること；交番電圧の下で電磁界を生成して成形パーツの導電性ファイバーを加熱し、各成形パーツの第２ペアの構造レイヤーの基材ポリマーがその溶融温度を超えて維持されるべくインダクタを提供すること；各成形パーツの第１及びオプションの第３ペアの構造レイヤーの基材ポリマーをその溶融温度未満に維持すること；及びオプションとして、成形パーツを一緒に加圧することを含むステップを含む。

【0047】

方法によって即時かつ効率的な態様で成形パーツ間の良質な溶接接合の実現が可能になり、得られた製品は、特に良好な機械的な耐荷重性能を有する。熱は、構造レイヤーの第１ペアにおいて効率的に生成されて、熱可塑性基材をその軟化又は溶融温度を超えた温度にし、他方、構造レイヤーの第２ペアの加熱は、その第２ペアの熱可塑性基材の温度をその軟化又は溶融温度未満に保つべく妨げられる。インダクタは、必ずしも成形パーツと接触しないため、機械的な損傷の可能性が最小化され、これは、特に、航空及び航空宇宙といった高品質の用途において特に重要である。

【0048】

ある実施形態によれば、インダクタは、成形パーツの接触面に対して経路に沿って動かされ、導電性ファイバーが、接触面の所定部分において加熱される方法が提供される。この特徴により効率が高められる。インダクタは、連結を実現するために、例えば、ロボットアームにより、又は、リニアガイドにより接触面上で動かされ得る。

【0049】

インダクタの種類は、状況に従って選ばれ得る。例えば、それは、コイル形状であり得る。方法は、また、リニア誘導セグメントを備えるインダクタも用い得る。リニア誘導セグメントは、少なくとも溶接の方向において実質的に円柱状の電磁界を生成する。誘導セグメントが実質的に金型の壁に平行に走行するようにインダクタを位置付けることにより、成形パーツ間の接触面が、高度に選択的な態様で加熱され、精密な溶接接合が獲得され得る。

【0050】

使用される材料に依存して電磁界の適切なパワー及び周波数が決定される。周波数は、とりわけ、電磁界の浸透力を決定する；インダクタの電力は、変化する電磁界の強度、従って、導電性ファイバーに生じる熱の度合いを決定する。

【0051】

本発明に係る方法での用途について、インダクタは、交流発電機に接続され、交流発電機が、インダクタの電気的な接続手段に電気的に接続される。使用可能な周波数は、一般的に、０．１～１０ＭＨｚにある。０．１ＭＨｚと０．５ＭＨｚの間の周波数、より好ましくは、０．１５ＭＨｚと０．４ＭＨｚの間の周波数が好適に用いられる。そのような好適な周波数で、電磁界の浸透力と加熱速度の間で最適なバランスが達成される。

【0052】

本特許出願に記述の発明の実施形態は、これらの実施形態の任意の組み合わせにおいて組み合わせ可能であり、各実施形態は、個別に分割出願の手段を形成可能である。

【図面の簡単な説明】

【0053】

本発明は、次図を参照して説明するが、これに限定されない。

【0054】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る電磁溶接によって２つの成形パーツを結合するための方法を模式的に示す。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るラミネートの斜視図を模式的に示す。

【図3】図３は、本発明の別の実施形態に係るラミネートの斜視図を模式的に示す。

【図4】図４は、本発明のまた別の実施形態に係るラミネートにおいて使用され得る構造レイヤーのペアを模式的に示す。

【図5】図５は、図４に示したペアのための加熱曲線を模式的に示す。

【図6】図６は、本発明のまた別の実施形態に係るラミネートの一部を模式的に示す。

【図7A】図７Ａは、本発明のまた別の実施形態に係るラミネートの一部として導電性ファイバーのモノレイヤーの斜視図を模式的に示す。

【図7B】図７Ｂは、図７Ａに示したモノレイヤーの断面を模式的に示す。

【図8】図８は、本発明のまた別の実施形態に係るラミネートの一部として導電性ファイバーの２つのモノレイヤーの斜視図を模式的に示す。

【図9】図９は、最後に、本発明の実施形態に係る方法において使用され得る溶接装置を示す。

【発明を実施するための形態】

【0055】

図１は、適切な電源で電磁溶接のために適切な周波数の交流を適用することにより円形の電磁界２を生じるリニアインダクタ１を示す。第１成形パーツ又はラミネート３及び第２成形パーツ又はラミネート４は、この電磁界２において接触面に沿ってお互いに接触させられる。成形パーツは、カーボンファイバーで強化された熱可塑性樹脂から製造される。電磁界２の影響の下、カーボンファイバーで局所的に熱が生じ、少なくとも接触面５で、熱可塑性ポリマーがその溶融温度を超えて加熱される。加圧手段（不図示）で加圧することにより、熱的に活性化された熱可塑性成形パーツ（３，４）を接触面５で結合することができ、熱可塑性ポリマーの軟化又は溶融温度未満の温度への成形パーツ（３，４）の冷却後、接触面５での結合が不変（永続的なもの）になる。図は、更に、加熱中の接触面５での温度図を示し、ここでは、相対温度Ｔが、接触面５上の位置に対してプロットされている。第３の方向６は、溶接中にインダクタコイル１が動かされる方向を規定する。温度図は、一定強度の電磁界２により接触面５に不規則な加熱が生じ得ることを示し、ここで、多かれ少なかれ放物線状の温度変化が接触面５にて観察される。温度図は、また、方向６における変化も示し、これは、インダクタコイル１の移動方向、即ち、溶接方向Ａに対応する。加熱の変動は、更には、局所的な過加熱及び／又は成形パーツ（３，４）の局所的な不完全な相互溶着によって成形パーツ（３，４）の部分が熱的に劣化することに帰結し得る。これは、一般的に望ましくなく、本発明に係るラミネート及び方法が、この及び他の問題に解決策を提供する。

【0056】

図２を参照すると、本発明の実施形態に係るラミネート１０の模式的な斜視図が示される。ファイバー強化複合ラミネート１０は、図１に示したように、そのラミネート製の成形パーツの電磁溶接において有利に用いられ得る。ラミネート１０は、６つの構造レイヤーを備え、このうち３つの構造レイヤー（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）が、ラミネート１０の長手方向１５に平行に（矢印１１０により示されるように）一定方向にファイバーが延びるように熱可塑性ＰＥＥＫ基材に埋設された導電性ファイバーを有する。ラミネート１０において、他の３つの構造レイヤー（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）は、ラミネート１０の横断方向１６において（矢印１２０により示されるように）一定方向にファイバーが延びるように熱可塑性基材に埋設された導電性ファイバーを有する。レイヤー１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）及び１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）のファイバーは、従って、お互いに９０°の角度を成す。図１に示したもののように、導電体１により導電性ファイバーに渦電流が誘導され、電磁界２を生成する。

【0057】

レイヤー（１１，１２）が、直接又は中間レイヤー（１３，１４）を介してお互いに結合される。中間レイヤー（１３，１４）及び構造レイヤー（１１，１２）は、次のスタックシーケンスが得られるようにスタックされる。

【0058】

第１ペア１７ｃは、ペア１７ｃの２つの構造レイヤー（１１ｃ，１２ｃ）の間に位置する中間レイヤー１４を有する。中間レイヤー１４は、ある電気的な体積抵抗率を有するＰＥＥＫポリマーから成り、平均厚１４０を有し、面外の電気的な体積抵抗（面外の電気的な体積抵抗）Ｒ₁に帰結し、第１ペア１７ｃの２つの構造レイヤー（１１ｃ，１２ｃ）の間に渦電流が流れることを実質的に許す。

【0059】

ラミネート１０は、第２ペア１７ｂも備え、各々、２つの隣接して位置する構造レイヤーの間で一つの中間レイヤー（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が挟まれて形成される。例えば、中間レイヤー１３ａは、構造レイヤー１２ａ及び１１ｂの間に位置し、中間レイヤー１３ｂは、構造レイヤー１１ｂ及び１２ｂの間に位置し、中間レイヤー１３ｃは、構造レイヤー１２ｂ及び１１ｃの間に位置する。この定義において、ある構造レイヤーは、レイヤーの異なるペアの一部であり得ることに留意されたい。実際、例えば、構造レイヤー１１ｂは、２つの第２ペア１７ｂの一部である。図示の実施形態では、中間レイヤー（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）もある電気的な体積抵抗率のＰＥＥＫポリマーから成り、全てが、平均厚１３０を有し、面外の電気的な体積抵抗（面外の電気的な体積抵抗）Ｒ₂に帰結し、第２ペア１７ｂの中間レイヤー（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）に接触する構造レイヤー（１２ａ，１１ｂ，１２ｂ，１１ｃ）の間を渦電流が流れることを実質的に阻止する。抵抗率Ｒ₁及びＲ₂が有限であり、０＜Ｒ₁＜Ｒ₂である。図示の実施形態では、０．４Ｒ₂＜Ｒ₁＜０．６Ｒ₂であり、これは、平均厚１３０の０．４と０．６の間の範囲に平均厚１４０を選択することにより達成される。

【0060】

ラミネートは、図示のように、構造レイヤーの第３ペア１７ａも備え得る。第３ペア１７ａは、ラミネート１０の上面に位置付けられ、ペア１７ａの２つの構造レイヤー（１１ａ，１２ａ）の間に中間レイヤーを有しない。レイヤー（１１ａ，１２ａ）は、換言すれば、お互いに直に結合している。

【0061】

図示のラミネート１０は、電磁的に溶接可能な外面を有し、これが下面１５０に対応する。図示のように、第１ペア１７ｃは、ラミネート１０の面外方向１８でラミネート１０の溶接可能な外面１５０の近くにラミネート１０に設けられる。第２ペア１７ｂは、下面１５０から更には離れて、ラミネート１０内に設けられる。第３ペア１７ａは、ラミネート１０の上面１６０に設けられる。

【0062】

成形されたラミネート１０は、別の成形パーツ４０に電磁的に溶接又は結合され得る。詳細は図示しないが、この成形パーツ４０も上述のラミネートを含み得る。図１において、パーツ（３，４）が、各々、ラミネート１０と成形パーツ４０により置き換えられ、電磁界２の影響の下、カーボンファイバーに局所的に熱が発生し、少なくとも下面１５０で熱可塑性ＰＥＥＫポリマーが加熱されてその溶融温度を超える。加圧手段（不図示）で押圧することにより、熱的に活性化された熱可塑性成形パーツ（１０，４０）を下面１５０で結合することができ、熱可塑性ＰＥＥＫポリマーの軟化又は溶融温度未満の温度への成形パーツ（１０，４０）の冷却後、接触面５での結合が不変（永続的なもの）になる。ラミネート１０における第２ペア１７ｂの存在のため、熱可塑性ＰＥＥＫポリマーの軟化又は溶融温度を超えるこれらのペア１７ｂの加熱が実質的に阻止される。これによって、それらの第２ペア１７ｂの過加熱が阻止される。他方、ラミネート１０における第１ペア１７ｃの存在のため、熱可塑性ＰＥＥＫポリマーの軟化又は溶融温度を超えるこのペア１７ｃの加熱が促進され、既知の方法よりも電磁界強度がより効率的に用いられる。第３ペア１７ａも加熱されるが、第１ペア１７ｃよりも緩慢である。第１ペア１７ｃの過加熱を阻止するため、ヒートシンク（不図示）がラミネート１０の上面１６０に適用され得る。

【0063】

望むならば、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有する別の中間レイヤーが、成形パーツ４０の下面１５０と上面の間に位置し得ることに留意されたい。

【0064】

図３は、本発明の別の実施形態に係るラミネートの斜視図を模式的に示し、中間レイヤー（１３，１４）が、長手方向１５においてラミネート１０の長さの一部上を延びる。用いた参照番号は、図２と同一のものを示すことに留意されたい。未固化の状態のラミネートが示され、レイヤーの厚みが誇張されていることにも留意されたい。固化される時、レイヤー１２ａ，１１ｂ，１２ｂ及び１１ｃは、ラミネートの横断側（transverse side）１７０に沿ってお互いに圧迫される。図示の実施形態においては、中間レイヤー（１３，１４）は、少なくとも長手方向１５において、ラミネート１０が溶接される成形パーツ４０の範囲を延びる。

【0065】

図４に示すように、ラミネートの実施形態は、構造レイヤー（１１，１２）としてのファイバー強化プリプレグ２０のビルドアップであり得る。各プリプレグ２０は、厚み２１と、プリプレグ２０の片側、端的には、図４の左図に示すようなプリプレグ２０の上側で、厚み部分２３上を延びる基材ポリマー豊富エリア２２を有する。ファイバー強化エリア２５は、基材ポリマーに埋設されたプリプレグ２０の強化ファイバーを備える。ポリマー豊富エリア２２には、強化ファイバーが実質的に無い。ファイバー強化エリア２５は、プリプレグ２０の下側に延び、この下側は、ポリマー欠乏エリア（polymer-starved area）２６と呼ばれる。これらのプリプレグ２０は、あるスタックシーケンスに従ってそのような複数のプリプレグ２０をお互いの上にスタックすることでラミネート１０を構築するために用いられる。図４の右図には２つのプリプレグ２０のスタックの例が示される。２つのプリプレグ２０の第１スタック２４ａは、一つのプリプレグ２０のポリマー豊富エリア２２が、第２のプリプレグ２０のポリマー欠乏エリア２６に接触して厚み２３の中間レイヤーを形成するプリプレグ２０を含む。２つのプリプレグ２０の第２スタック２４ｂは、一つのプリプレグ２０のポリマー豊富エリア２２が、第２のプリプレグ２０のポリマー豊富エリア２２に接触して厚み２３の２倍の中間レイヤーを形成するプリプレグ２０を含む。２つのプリプレグ２０の第３スタック２４ｃは、一つのプリプレグ２０のポリマー欠乏エリア２６が、第２のプリプレグ２０のポリマー欠乏エリア２６に接触したプリプレグ２０を含む。これは、構造レイヤー（１１ａ，１２ａ）の第３ペア１７ａを形成し、ここでは、中間レイヤーが無い。達成されるべき電気的な体積抵抗（又は、代替として、達成されるべき厚み）に依存して、スタック２４ａは、２つの構造プリプレグ２０の間に位置する中間レイヤー２２を有する第１ペアを形成し得、ここで、中間レイヤーは、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有し、第１ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に許す。達成されるべき電気的な体積抵抗（又は、代替として、達成されるべき厚み）に依存して、スタック２４ｂは、２つの構造プリプレグ２０の間に位置する、２つのポリマー豊富エリア２２で形成された中間レイヤーを有する第２ペアを形成し得、ここで、中間レイヤーは、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を有し、第２ペアの２つの構造レイヤーの間で渦電流が流れることを実質的に阻止する。

【0066】

図５を参照すると、図４に図示のペアのための加熱曲線が模式的に示される。この図面では、ペアでの到達温度５０（℃）が、インダクタに流れる電流５１（Ａ）の関数として示される。上側の曲線５２ａは、スタック２４ａで得られた結果を表し、下側の曲線５２ｂは、スタック２４ｂで得られた結果を表す。スタック２４ｃで得られた結果は、これらの２つの両極９の間にある（曲線５２ｃ）。スタック２４ｂよりもスタック２４ａの加熱のために必要な電流が小さいことが明らかである。代替として、例えば、同一の電流値５１ａ（又は電磁界強度）に関して、スタック２４ａは、基材ポリマーの軟化又は溶融温度を超えて加熱され、他方、スタック２４ｂは、その軟化又は溶融温度未満を維持し得、約３０℃の温度差に達する。

【0067】

発明のラミネート１０のまた別の実施形態が図６に示される。２つの構造レイヤー（１１ｃ，１２ｃ）のペア１７ｃのみが示されるが（参照番号は、図２に即したものである）、ペア１７ｃが、透明層として示された中間レイヤー１４を更に備えることに留意されたい。この実施形態では、第１ペア１７ｃの２つの構造レイヤー（１１ｃ，１２ｃ）の導電性ファイバー（６０，６１）が、ラミネートの横断方向１６にファイバー６１が延びるペアの下部の構造レイヤー１２ｃにおいて、ラミネートの長手方向１５に平行に、ライン５５に沿って局所的に途絶され、ラミネートの長手方向１５にファイバー６０が延びるペアの上部の構造レイヤー１１ｃにおいてラミネートの横断方向１６に平行に別のライン５６に沿って局所的に途絶される。図示のように、両方のライン（５５，５６）は、エリアＢにおいてお互いに交差し、導電性ファイバーの途絶のため、このエリアＢにて及びその周囲で加熱が強固に高まることが明らかになっている。この効果を得るため、２つの構造レイヤー（１１ｃ，１２ｃ）の厚みの一部でファイバーを途絶することも可能であろう。

【0068】

上述の説明と同様の原則が、より小さいレベル、即ち、ファイバー（６０，６１）のモノレイヤー７のレベルにも適用され得る。図７Ａと、図７ＢにおけるラインＣ－Ｃ’での断面図を参照すると、多数本のファイバー６０が、ポリマーレイヤー又はシート６３によりコーティング又は周囲されていることが見られる。ポリマーレイヤー又はシート６３は、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₁を有し得、これは、お互いの上にスタックされた２つの構造モノレイヤー７の間に渦電流を流すことを実質的に許す。代替として、ポリマーレイヤー又はシート６３は、面外の電気的な体積抵抗Ｒ₂を有し得、これは、お互いの上にスタックされた２つの構造モノレイヤー７の間で渦電流が流れることを実質的に阻止する。図７Ｂは、ポリマーレイヤー又はシート６３によりコーティング又は周囲された複数本のファイバー６０を示すが、そのようなコーティング又はシート化６３は、（多数本のフィラメントを有する）一本のファイバー又はファイバー・バンドルの周囲にも適用され得る。

【0069】

図８の実施形態を参照すると、２つの隣接したモノレイヤー７（７ａ，７ｂ）の導電性ファイバー（６０，６１）は、ラミネートの横断方向１６にファイバー６１が延びるペアの下部のモノレイヤー７ｂにおいてラミネートの長手方向１５に平行なライン６５に沿って局所的に途絶され、ラミネートの長手方向１５にファイバー６０が延びるペアの上部のモノレイヤー７ａにおいてラミネートの横断方向１６に平行なライン６６に沿って局所的に途絶される。図示のように、両方のライン（６５，６６）がエリアＢ’でお互いに交差し、導電性ファイバー（６０，６１）の途絶のため、このエリアＢ’にて及びその周囲で加熱が強固に高まることが明らかになっている。

【0070】

最後に、図９は、結合インダクタ３１が設けられた溶接装置３０を示す。インダクタ３１は、所望の接合部を得るために、産業６軸ロボット３２によって事前にプログラムされた経路であり得る溶接ラインに沿って案内され得る。この場合、本発明の実施形態に即した成形パーツは、この目的のために製造された金型３３において溶接のために固定されて一緒に加圧され得る。金型３３には、これを介して溶接のために成形パーツの近くでインダクタ１５が動かされ得るリセス３４が設けられ得る。インダクタ１５は、電磁界の生成の目的でロボット３２に設けられた交流電流生成器３５に接続され得る。電磁界の強度は、溶接ラインに沿って成形パーツの接触面での温度変化を少なくとも部分的に補償するべく溶接ラインに沿って変化され得る。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】