專利名稱：纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造及接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料(FRP :Fiber Reinforced Plastics)廣泛用于飛機(jī)、汽車、船舶或一般工程機(jī)器的構(gòu)造用部件。例如，已知ー種纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料，其在將炭素纖維或玻璃纖維等無機(jī)物系強(qiáng)化纖維縱橫地配置而織入的織物中，浸潰硬化環(huán)氧樹脂等樹脂而形成。但是，不能利用纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成整個(gè)部件，而必須在一部分中使用金屬材料的情況也很多。 因此，纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料高強(qiáng)度地接合成為課題。當(dāng)前，如專利文獻(xiàn)I 3所述，也提出一種技術(shù)，其通過將纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料直接粘合，去除連結(jié)用具而實(shí)現(xiàn)輕量化等。在通過將兩個(gè)部件粘合而使其接合吋，將兩個(gè)部件的端面對(duì)接，在僅將該對(duì)接面作為粘合面的情況下，粘合面較小，不能期望高強(qiáng)度的接合構(gòu)造。在專利文獻(xiàn)I記載的接合構(gòu)造中采用階梯狀接合面，即，分別在兩個(gè)部件要接合的端部形成互補(bǔ)的階梯狀構(gòu)造，在與對(duì)接面垂直的階梯面上確保大面積的接合面。在專利文獻(xiàn)2記載的接合構(gòu)造中，在管材中采用多段階梯狀接合面。另外，在專利文獻(xiàn)2中記載階梯狀接合面重疊為兩層的構(gòu)造(參照該文獻(xiàn)第3圖)。其是在開ロ于纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料的端面上且內(nèi)側(cè)較窄的階梯狀槽中，插入前端較細(xì)的階梯狀的金屬材料的端部的構(gòu)造。在專利文獻(xiàn)3記載的接合構(gòu)造中，在棒材中，通過使軸端傾斜，將纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料部分重疊地配置并卷繞，在通過該軸的剖面上使兩種材料交替重疊而形成多層。專利文獻(xiàn)I :日本實(shí)開昭63-178126號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本實(shí)開昭61-009135號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2001-032819號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)3記載的技術(shù)，即使可以將兩種材料交替重疊地形成多層，也僅能構(gòu)成軸狀的管材，無法構(gòu)成具有平面或任意曲面的構(gòu)造。另外，無法形成階梯狀、特別是多段階梯狀接合面。并且，伴隨著卷繞，兩種材料重疊的區(qū)域逐漸偏離軸向，該區(qū)域變長(zhǎng)。在用于接合的構(gòu)造部上很難同時(shí)形成其他構(gòu)造。如果用于接合的構(gòu)造變大，則該部分的設(shè)計(jì)自由度受到較大限制，或者使用部位受限，因此不優(yōu)選。在專利文獻(xiàn)I記載的技術(shù)中，是由ー層纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料和ー層金屬材料的重疊而形成的接合構(gòu)造。在專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)中，金屬材料并不是大于或等于兩層。
因此，在上述的現(xiàn)有技術(shù)中，很難利用將纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料及金屬材料分別交替地重疊兩層或多于兩層的構(gòu)造，構(gòu)成具有平面或任意曲面的形狀，對(duì)于在要求的總厚度內(nèi)使各層的層厚更薄、更多層化自然產(chǎn)生局限。因此，本發(fā)明的課題在于提供ー種接合構(gòu)造及接合方法，該接合構(gòu)造是纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料的各端部經(jīng)由階梯狀接合面接合的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，在該構(gòu)造中，當(dāng)然使階梯狀接合面多段化，即使在很薄的總厚度內(nèi)，也容易地使經(jīng)由階梯狀接合面交替地重疊的纖維強(qiáng)化樹脂層及金屬層多層化，利用該多層化，可以使接合強(qiáng)度等特性提高，接合強(qiáng)度充分，并且使階梯狀接合面的形成長(zhǎng)度縮短，還可以構(gòu)成具有平面及任意曲面的形狀。 用于解決上述課題的技術(shù)方案I所述的發(fā)明，是ー種纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，該構(gòu)造是纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料的端部之間經(jīng)由階梯狀接合面接合而構(gòu)成，其特征在于，將金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的要素作為一片，以階梯狀構(gòu)造在厚度方向重疊的方式層疊多片該要素，其中，上述金屬材料的構(gòu)成前述階梯狀接合面的端部朝向該端部的端面方向而階梯狀地變薄，從而形成前述階梯狀構(gòu)造，上述纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料利用端部平坦地填充前述階梯狀構(gòu)造而進(jìn)行層疊，將前述金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料粘合，并且相鄰的前述要素之間在重疊面處接合。技術(shù)方案2所述的發(fā)明，其特征在于，在技術(shù)方案I所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造中，在前述階梯狀構(gòu)造的形成區(qū)域內(nèi)，在兩個(gè)外表面上配置前述金屬材料。技術(shù)方案3所述的發(fā)明，其特征在于，在技術(shù)方案I及技術(shù)方案2所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造中，相鄰的前述金屬材料之間利用焊接接合。技術(shù)方案4所述的發(fā)明，其特征在于，在技術(shù)方案I至技術(shù)方案3中的任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造中，前述階梯狀構(gòu)造為多段。技術(shù)方案5所述的發(fā)明，其特征在于，在技術(shù)方案I至技術(shù)方案4中的任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造中，前述各要素的前述階梯狀構(gòu)造的兩端位置大致一致地配置。技術(shù)方案6所述的發(fā)明，提供一種纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合方法，該方法是使纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料的各端部經(jīng)由階梯狀接合面而接合，其特征在干，使構(gòu)成前述階梯狀接合面的金屬材料的端部，形成為朝向該端部的端面方向階梯狀地變薄的階梯狀構(gòu)造，層疊纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料，利用其端部平坦地填充前述階梯狀構(gòu)造，將由ー個(gè)前述金屬材料、和以填充其階梯狀構(gòu)造的方式層疊的前述纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的要素作為一片，在以前述階梯狀構(gòu)造在厚度方向重疊的方式層疊多片該要素的狀態(tài)下，通過使前述纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料熱硬化，從而將前述金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料粘合，并且將相鄰的前述要素之間在重疊面接合。技術(shù)方案7所述的發(fā)明，其特征在干，在技術(shù)方案6所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合方法中，在前述熱硬化后，將相鄰的前述金屬材料進(jìn)行焊接。技術(shù)方案8所述的發(fā)明，其特征在干，在技術(shù)方案7所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合方法中，在將前述金屬材料焊接后，在由前述金屬材料的前述階梯狀構(gòu)造的相反端構(gòu)成的端面上焊接金屬部件。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于是將由構(gòu)成階梯狀接合面的端部形成為朝向該端部的端面方向階梯狀地變薄的階梯狀構(gòu)造的金屬材料和利用端部平坦地填充階梯狀構(gòu)造而層疊的纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的要素作為一片，并將其層疊的構(gòu)造及方法，因此，使階梯狀接合面多段化，并且即使在很薄的總厚度內(nèi)，也容易地使經(jīng)由階梯狀接合面交替地重疊的纖維強(qiáng)化樹脂層及金屬層多層化。并且，利用該多層化，確保纖維強(qiáng)化樹脂和金屬的總粘合面積較大，接合強(qiáng)度等特性提高。因此，可以使接合強(qiáng)度充分，并且使階梯狀接合面的形成長(zhǎng)度縮短。另外，可以構(gòu)成平面，并且通過使ー塊金屬材料形成適合成形的厚度，將由ー塊金屬材料和以填充其階梯狀構(gòu)造的方式層疊的纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的要素每片進(jìn)行成型并層疊，還容易地形成任意的曲面。


圖I是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造的剖面圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造的一片要素的剖面圖。圖3是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造中的層間焊接的形態(tài)的剖面圖。圖4是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式涉及的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造中的端面焊接的形態(tài)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說明。下面是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，并不是限定本發(fā)明。如圖I所示，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造1，是將在圖2中以單體表不的一片要素10層疊多片而構(gòu)成的?！?0由金屬箔11和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15構(gòu)成。金屬箔11和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15經(jīng)由階梯狀接合面粘合，各要素10、10之間在其重疊面接
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ロ ο在這里，按照制造過程進(jìn)行說明。首先，如圖2所示，使金屬箔11的端部11a，形成為沿其端面方向階梯狀地變薄的階梯狀構(gòu)造。然后，在金屬箔11的階梯狀構(gòu)造的端部Ila上，依次層疊在強(qiáng)化纖維中浸潰基體樹脂而成的預(yù)浸潰體狀態(tài)的纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15。纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15，在與端部Ila的各段相對(duì)應(yīng)的部分簡(jiǎn)單地分開。纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15，分別由一片或多片預(yù)浸潰體構(gòu)成。在層疊吋，首先，使纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12與端部Ila的端面對(duì)接。將纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料13的端部配置在與纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12的端部相比向金屬箔11的最厚部Ilb側(cè)偏移的位置上，利用纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料13的端部，平坦地填充第I階梯面Ilc而進(jìn)行層疊。相同地，將纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料14的端部配置在與纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料13的端部相比向金屬箔11的最厚部Ilb側(cè)偏移的位置上，利用纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料14的端部，平坦地填充第2階梯面Ild而進(jìn)行層疊。相同地，將纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料15的端部配置在與纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料14的端部相比向金屬箔11的最厚部Ilb側(cè)偏移的位置上，利用纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料15的端部，平坦地填充第3階梯面lie而進(jìn)行層疊。此外，也可以在與纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15接觸的金屬箔11的階梯狀構(gòu)造的表面上涂敷膠狀粘合劑或?qū)盈B片狀粘合劑，之后層疊纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15。將上述的要素10如圖I所示，使階梯狀構(gòu)造在厚度方向上重疊，得到層疊多片的狀態(tài)。另外，也可以將要素10制作必要片數(shù)，如圖I所示使階梯狀構(gòu)造在厚度方向上重疊，得到層疊多片的狀態(tài)。在圖I中示出了階梯狀接合面的形成長(zhǎng)度し在將要素10進(jìn)行層疊時(shí)，也可以適當(dāng)改變要素10的正反面，但優(yōu)選如圖I所示， 在階梯狀構(gòu)造的形成區(qū)域內(nèi)，將金屬箔11、11配置在整體的正反、即兩個(gè)外表面上。將金屬面作為外表面是為了較強(qiáng)地抵抗來自外部的沖擊。另外，優(yōu)選配置為使各要素10、10、10…的階梯狀構(gòu)造的兩端位置一致。這是為了可以使階梯狀接合面的形成長(zhǎng)度L縮短。在將要素10層疊多片的狀態(tài)下，使各要素10的纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15熱硬化。由此，金屬箔11和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15接合在一起，并且所有的纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15成為一體。然后，如圖3所示，對(duì)相鄰的金屬箔11、11進(jìn)行焊接。在此過程中，如箭頭16所示，使激光等焊接熱源從端面朝向金屬箔11、11的接合面，與接合面平行地入射直至每個(gè)接合面上很深的位置，形成熔接部17。根據(jù)需要，在利用研磨等將形成熔接部17的端面進(jìn)行整形后，如圖4所示，使金屬部件18的端面與該整形的端面對(duì)齊，利用焊接進(jìn)行接合。此時(shí)，如箭頭19所示，也使激光等焊接熱源朝向金屬箔11和金屬部件18的接合面，與接合面平行地入射，直至很深的位置，形成熔接部20。從上述的制造過程可知，本實(shí)施方式的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造1，是纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料的各端部經(jīng)由階梯狀接合面接合的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，其構(gòu)成為，將由金屬箔11和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15構(gòu)成的要素10作為一片，以階梯狀構(gòu)造在厚度方向重疊的方式層疊多片要素10，將金屬箔11和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15粘合，并且相鄰的要素10、10之間在重疊面接合，其中，金屬箔11構(gòu)成階梯狀接合面的端部朝向該端部的端面方向階梯狀地變薄而形成階梯狀構(gòu)造，纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料12 15利用端部平坦地填充該階梯狀構(gòu)造而進(jìn)行層疊。在上述的實(shí)施方式中，使各階梯狀構(gòu)造形成3段，但這僅是ー個(gè)例子。優(yōu)選階梯狀構(gòu)造形成大于或等于2段的多段。這是因?yàn)椋诮?jīng)由階梯狀接合面的接合構(gòu)造中，應(yīng)カ會(huì)集中在各階梯的端部。通過使階梯狀構(gòu)造形成更多段數(shù)，可以使應(yīng)力集中分散，減小最大應(yīng)力。在上述的實(shí)施方式中，使要素10的層疊片數(shù)為5片。但這僅是ー個(gè)例子。優(yōu)選利用大于或等于3片，如上所述，在兩個(gè)外表面配置金屬面。通過使要素10的層疊片數(shù)增多，纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料和金屬材料的粘合面積擴(kuò)大，即使將階梯狀接合面的形成長(zhǎng)度L縮短，也可以確保充分的接合強(qiáng)度。如圖4所示，在100%金屬的端部的尺寸LI因上述焊接等原因而僅具有一定距離即可的情況下，通過縮短階梯狀接合面的形成長(zhǎng)度L，可以提高纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料的容積占有率，從而可以追求輕量化等。另外，由于纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料和金屬材料的粘合面積擴(kuò)大，因此纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料和金屬材料之間的導(dǎo)電性也提高。在現(xiàn)有的具有階梯狀接合面的接合構(gòu)造中，由于階梯狀接合面為I層或2層，因此，如果受到?jīng)_擊載荷或拉伸 壓縮、彎曲等重復(fù)載荷，在I層階梯狀接合面上產(chǎn)生剝離，則會(huì)完全分裂或剝離至大致一半而破壞。與此相對(duì)，如果利用本接合構(gòu)造1，則成為多層化，粘合面積擴(kuò)大，由于從距外表面較淺的位置至較深的位置，分散地配置由與外表面平行的階梯面形成的粘合面，因此即使在相同載荷條件下也不會(huì)產(chǎn)生剝離，或者可以僅為外表面的一部分剝離。因此，優(yōu)選使要素10為3層、4層、5層…,將其層疊數(shù)增多。關(guān)于適用的纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料，可以例舉炭素纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料，玻璃纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料等，但不限制其種類。 關(guān)于適用的金屬材料的材質(zhì)，可以例舉Ti合金、Al合金、Mg合金等,但也不限制其種類。關(guān)于適用的樹脂，只要是熱硬化樹脂即可，也不限制其種類。
權(quán)利要求
1.一種纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，該構(gòu)造是纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料的端部之間經(jīng)由階梯狀接合面接合而構(gòu)成，其特征在于， 將金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的要素作為一片，以階梯狀構(gòu)造在厚度方向重疊的方式層疊多片該要素，其中，上述金屬材料的構(gòu)成前述階梯狀接合面的端部朝向該端部的端面方向而階梯狀地變薄，從而形成前述階梯狀構(gòu)造，上述纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料利用端部平坦地填充前述階梯狀構(gòu)造而進(jìn)行層疊， 將前述金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料粘合，并且相鄰的前述要素之間在重疊面處接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，其特征在于， 在前述階梯狀構(gòu)造的形成區(qū)域內(nèi)，在兩個(gè)外表面上配置前述金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，其特征在于， 相鄰的前述金屬材料之間利用焊接接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，其特征在于， 前述階梯狀構(gòu)造為多段。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項(xiàng)所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合構(gòu)造，其特征在于， 前述各要素的前述階梯狀構(gòu)造的兩端位置大致一致地配置。
6.一種纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合方法，該方法是使纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料與金屬材料的各端部經(jīng)由階梯狀接合面而接合，其特征在于， 使構(gòu)成前述階梯狀接合面的金屬材料的端部，形成為朝向該端部的端面方向階梯狀地變薄的階梯狀構(gòu)造， 層疊纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料，利用其端部平坦地填充前述階梯狀構(gòu)造， 將由一個(gè)前述金屬材料、和以填充其階梯狀構(gòu)造的方式層疊的前述纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料構(gòu)成的要素作為一片，在以前述階梯狀構(gòu)造在厚度方向重疊的方式層疊多片該要素的狀態(tài)下，通過使前述纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料熱硬化，從而將前述金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料粘合，并且將相鄰的前述要素之間在重疊面接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合方法，其特征在于， 在前述熱硬化后，將相鄰的前述金屬材料進(jìn)行焊接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的纖維強(qiáng)化樹脂與金屬的接合方法，其特征在于， 在將前述金屬材料焊接后，在由前述金屬材料的前述階梯狀構(gòu)造的相反端構(gòu)成的端面上焊接金屬部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接合構(gòu)造及接合方法，其使階梯狀接合面多段化，并且即使在很薄的總厚度內(nèi)，也容易地使經(jīng)由階梯狀接合面交替地重疊的纖維強(qiáng)化樹脂層及金屬層多層化，還可以構(gòu)成具有平面及任意曲面的形狀。本接合構(gòu)造，將由金屬材料(11)和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料(12～15)構(gòu)成的要素(10)作為一片，以階梯狀構(gòu)造在厚度方向重疊的方式層疊多片該要素，使金屬材料和纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料粘合，并且相鄰的要素(10、10)之間在重疊面接合，其中，金屬材料的構(gòu)成階梯狀接合面的端部朝向該端部的端面方向階梯狀地變薄而形成階梯狀構(gòu)造，纖維強(qiáng)化樹脂復(fù)合材料利用端部平坦地填充階梯狀構(gòu)造。金屬材(11、11)之間焊接在一起。
文檔編號(hào)B29C70/06GK102649316SQ20121003125
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者濱田圭佑, 長(zhǎng)田保 申請(qǐng)人:富士重工業(yè)株式會(huì)社