熱可塑性樹脂を用いた超音波溶着に関する数値シミュレーション

摘要

成形性や生産性の観点から熱硬化性樹脂複合材料に代わり熱可塑性複合材料を使用する動きが，航空宇宙産業において年々加速している熱可塑性樹脂複合材料は，耐衝撃性，FTS特性，リサイクル性に優れ，さらには，加工時間が短いなどの利点がある.また，従来の機械接合とは異なり，熱可塑性樹脂複合材料では溶着接合が可能である.よって，ボルトやリベットを用いる必要がなくなるため，軽量化や応力集中の減少に繋がる.溶着接合の一つに，超音波溶着という方法がある.超音波溶着は，振動エネルギーを溶着界面に伝えることで発生する熱を利用して，樹脂を溶融させ溶着する方法である.熱可塑性樹脂を高効率かつ短時間，省エネルギーで溶着可能なため，将来的に航空機などの大型部品の接合に用いられることが期待される.また，超音波溶着では界面に樹脂の突起物を揷入して溶融することが一般的であるが，この突起物のことをエネルギーダイレクター（以下ED)と呼ぶ界面にEDを挿入することで，溶融の開始ポイントになり，均一で安定した溶着が可能になる.