CN105538684A - 熔接构造体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供熔接构造体及其制造方法。该熔接构造体有效地减少振动熔接产生无用的毛边。该熔接构造体包括螺母(1)、装备在所述螺母(1)的一端侧的第一热塑性树脂部件(2)、装备在所述螺母(1)的外周，使得螺母开口部不被堵塞的第二热塑性树脂部件(3)以及处于所述螺母(1)和所述第一热塑性树脂部件(2)之间的多孔质构件(5)，该熔接构造体是将所述第一热塑性树脂部件(2)和所述第二热塑性树脂部件(3)通过振动熔接而成的。

Description

熔接构造体及其制造方法
技术领域
本发明涉及包含存在空洞的空心部件的树脂熔接构造体和其制造方法。
背景技术
一般来讲，作为接合二个以上树脂部件的方法，公知有一种采用振动熔接技术的接合方法。振动熔接是这样的技术：通过使两个部件相对地加压振动而在接合面产生摩擦热，使接合面局部地熔融而将部件熔接。另一方面，在该熔接方法中，在接合时熔融的树脂有时会溢出而在接合部附近成为毛边。特别是在金属制螺母使嵌入成形的热塑性树脂部件与别的树脂部件振动熔接时，存在由于振动熔接而使产生的熔融树脂(毛边)流入到螺母内侧的问题。
另一方面，在采用振动熔接的构造体制造方法中，像下述专利文献1那样，公知有一种通过在接合部位设置专用的接合罩等治具而将毛边的形状修正为曲面状的技术。在这种情况下，对于在内部产生的毛边等而言，无法设置治具，难以修正毛边。
此外，像下述专利文献2那样，公知有一种在接合部位的周围预先设置槽部的技术，该槽部用于供预先熔融的树脂溢出。在这种情况下，需要设置专用的槽的空间，存在构造体的大小变大的倾向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－232507号公报
专利文献2：日本特开平9－174697号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供有效地减少振动熔接产生无用的毛边的树脂熔接构造体和其制造方法。
用于解决问题的方案
本发明的熔接构造体包括：空心部件，其具有贯通内部的空洞；第一树脂部件，其处于所述空心部件的所述空洞的至少一端侧；第二树脂部件，其设置在所述空心部件的外周，使得所述空洞的开口部不被堵塞；以及多孔质构件，其处于所述空心部件和所述第一树脂部件之间，堵塞所述一端侧，所述第一树脂部件和所述第二树脂部件是热塑性树脂，该熔接构造体是将所述第一树脂部件和所述第二树脂部件通过振动熔接而成的。另外，作为空心部件，存在螺母、圆筒形状的金属或者树脂的部件。
此外，优选的是，所述多孔质构件配置在由所述空心部件的所述空洞的贯通方向上的一端侧的端面并设置在所述第一树脂部件和/或所述第二树脂部件上的凹部形成的空间内。
此外，优选的是，所述凹部的深度小于所述多孔质构件的厚度。
此外，优选的是，所述多孔质构件的至少一部分具有从外周朝向中心方向的缺口。
此外，优选的是，所述空心部件的与所述第二树脂部件接触的外周面在所述空洞的贯通方向上的至少一部分具有突起部。
此外，制造本发明的熔接构造体的方法也可以包括以下步骤：准备第一树脂部件和具有贯通内部的空洞的空心部件的步骤；在所述空洞的开口部不被堵塞的状态下，在所述空心部件的外周设置第二树脂部件的步骤；在所述空心部件和所述第一树脂部件之间配置多孔质构件的步骤；以及对所述第一树脂部件和所述第二树脂部件进行振动熔接的步骤，使得所述第一树脂部件设置在第二树脂部件上的所述空心部件的所述空洞的至少一端侧。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种有效地减少产生无用的毛边的熔接构造体。
附图说明
图1是表示第1实施方式的熔接构造体的概略的分解剖视图。
图2是利用第1实施方式的熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的剖视图。
图3是表示第1实施方式的热塑性树脂部件的成型方法的剖视图。
图4是表示以往的实施方式的熔接构造体制造方法的分解剖视图。
图5是在以往的实施方式中利用熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的剖视图。
图6是表示在第1实施方式中利用熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的使用形态的剖视图。
图7是表示在第1实施方式中利用熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的使用形态的一例子的立体图。
图8是表示第2实施方式的熔接构造体的制造方法的分解剖视图。
图9是利用第2实施方式的熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的剖视图。
图10是表示第3实施方式的熔接构造体的制造方法的分解剖视图。
图11是表示利用第3实施方式的熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的使用形态的剖视图。
图12是表示第4实施方式的熔接构造体的制造方法的剖视俯视图。
具体实施方式
以下，根据附图具体地说明本发明的实施例。
[第1实施方式]
图1表示用于进行本实施例的振动熔接的部件结构的概要。在本实施例中，将埋入有金属制的螺母1的第二热塑性树脂部件3通过振动熔接而固定在第一热塑性树脂部件2和热塑性树脂部件4上。此时，说明通过在第一热塑性树脂部件2和第二热塑性树脂部件3之间配置多孔质构件5而在有效地抑制产生毛边的同时制造熔接构造体的方法。
首先，使用图1说明本实施例的熔接构造体的制造方法所采用的部件。
本实施例所采用的金属制的螺母1成为空洞贯通其内部的空心形状，在其空洞的壁面上切有螺纹11。而且，该螺母1在不堵塞该空洞的状态下埋入在块状的第二热塑性树脂部件3中。该第二热塑性树脂部件3覆盖螺母1的外周部分的一部分或者整体，其上端具有与螺母1的上端部大致相同高度的平面。此外，在图1中，该第二热塑性树脂部件3的下端在与螺母1的下端面相比较稍稍缩回的位置形成平面，但也可以设为同一个平面或设为稍稍突出的平面。因而，螺母1的下端部13与第二热塑性树脂部件3相比较能够设为向图中的下方向突出的形状或者形成同一个平面的形状或者缩回的形状。该螺母1为了不自第二热塑性树脂部件3向图中的下方向脱离而在其外周上的上下方向一部分具有突起部12。突起部12成为与螺母1的下端部相比向外周方向扩展的形状。另外，突起部12既可以在外周的上下方向上设有多个，或者也能够替代突起形状而将螺母1的外周设置为从下端朝向上端扩展的台阶、倾斜。此外，这些台阶、倾斜既可以在螺母1的外周上的圆周方向上设置一周的量，也可以设置在一部分。覆盖外周的第二热塑性树脂部件3的上端面为了能够以面与设置在螺母1的上方的第一热塑性树脂部件2的平面接触而具有平面部分，而且下端面也同样为了能够以面与热塑性树脂部件4的平面接触而具有平面部分。
如图1所示，期望在金属制的螺母1的上部设有利用无纺布或者海绵状的发泡体等制成的多孔质构件5。另外，作为该多孔质构件5，具体地讲可以采用PP、PA、PE、PET、PV等。该多孔质构件5设为圆盘形状。此外，就其大小而言，外周与螺母1的上端面的外周相等或者比其稍大，位于全部覆盖该螺母1的上端面的位置。该多孔质构件5期望能够利用压缩而在一定程度上发生变形。此外，多孔质构件5也可以具有独立气泡，但更期望具有较多的连续气泡。这是因为，具有较多连续气泡，能够使在后述的熔接工序中产生的熔融的树脂变得易于流入到多孔质构件5的孔中，能够防止从外侧较大程度地压缩多孔质构件5。另外，在本实施例中，多孔质构件5的形状是圆盘形状，但也可以是椭圆形状、环状、圆筒状，其外侧的形状也可以设为四边形等多边形状等。此外，其大小如后所述也可以使其一部分小于螺母1的外周直径。
如图1所示，在金属制的螺母1和多孔质构件5的上部存在用于设置螺母1的第一热塑性树脂部件2。在第一热塑性树脂部件2上设有凹部21，该凹部21具有与多孔质构件5相同的尺寸，在后述的熔接工序中，能够在不压缩多孔质构件5的状态下接合第一热塑性树脂部件2和第二热塑性树脂部件3。另外，凹部21的深度也可以浅于多孔质构件5的厚度，但在这种情况下，在接合第一热塑性树脂部件2和第二热塑性树脂部件3时，该多孔质构件5多少会被压缩一些，能够吸收在热塑性树脂上设置凹部21时的深度方向上的误差。此外，无论由振动熔接引起的振动、由流入的熔融的树脂产生的影响如何，都能够可靠地保持多孔质构件5。并且，与此同样，也可以使凹部21的宽度小于多孔质构件5的宽度。
如图1所示，在金属制的螺母1的下部存在热塑性树脂部件4。该热塑性树脂部件4起到从下侧支承螺母1和第二热塑性树脂部件3的作用。热塑性树脂部件4在与自螺母1的第二热塑性树脂部件3突出的下端部13相当的部分具有与其大致相等或者大一些的孔，从而能够避开螺母1的下端部13以平面与第二热塑性树脂部件3接触。另外，螺母1的下端面既可以相对于安装的热塑性树脂部件4的下端面形成为同一个平面，而且也可以是相对于热塑性树脂部件4的下端面突出的形状或者凹入的形状。
另外，在第一热塑性树脂部件2和热塑性树脂部件4是热塑性的同时，设为碳纤维强化性树脂(CFRP)或者玻璃纤维强化性树脂等，从而能够使利用本实施例制造的熔接构造体轻量且耐久性优异。
首先，如图2所示，将第一热塑性树脂部件2、第二热塑性树脂部件3以及多孔质构件5密合地设置。并使第二热塑性树脂部件3和热塑性树脂部件4密合。而且，在垂直方向(图2中的上下方向)上利用未图示的专用的治具对第一热塑性树脂部件2、第二热塑性树脂部件3以及热塑性树脂部件4的接合面加压。在该状态下，还在水平方向(图2中的水平方向)上对第一热塑性树脂部件2、第二热塑性树脂部件3以及热塑性树脂部件4的接合面赋予固定时间的周期性振动。此时，既可以将图2中的上下方向的任一侧固定，使另一侧振动，也可以使两者振动。此外，振动熔接工序既可以一次性熔接第一热塑性树脂部件2、第二热塑性树脂部件3以及热塑性树脂部件4，也可以通过设置熔接第一热塑性树脂部件2和第二热塑性树脂部件3的过程和熔接第二热塑性树脂部件3和热塑性树脂部件4的过程这二个过程来进行熔接。利用这些工序，第一热塑性树脂部件2和第二热塑性树脂部件3的熔接部7以及第二热塑性树脂部件3和热塑性树脂部件4的熔接部8分别利用摩擦而发热熔融。而且，之后通过停止振动而冷却，使熔融的树脂固化结合。另外，加压和起振也可以使用专用的装置，但也可以使用公知的振动熔接机来进行。
另外，利用图3说明上述熔接构造体所采用的第二热塑性树脂部件3的成型方法的一例子。图3是表示第1实施方式的第二热塑性树脂部件3的成型方法的剖视图。首先，将要埋入在第二热塑性树脂部件3的内部的螺母1设置在模具9a上。其次，将多孔质构件5设置在堵塞螺母1的一端侧的位置，用模具9b压缩。利用模具9a和模具9b形成的空间形成第二热塑性树脂部件3的形状。此时，多孔质构件5期望成为如下状态，即被设置在模具9b上的突起部91压缩而使处于多孔质构件5中的孔部走形。此时，多孔质构件5的该截面部的两端部(作为整体是外周部分)能够不怎么走形而大致保持原形。在该状态下，从未图示的注射口向处于模具9a和9b中的空间93注射热塑性树脂的熔融的树脂，形成第二热塑性树脂部件3。由此，多孔质构件5仅是与熔融的树脂接触的未被压缩的端面51粘接，因此，处于内部的孔部在注射了第二热塑性树脂部件3之后也能够保持不会有树脂流入而被填埋。此外，一些热塑性树脂会浸透上述未走形的部分。另外，第二热塑性树脂部件3期望利用这样的方法制造，但并不限定于此，也可以利用其他的方法制造。例如，也可以相对于多孔质构件5另外成形第二热塑性树脂部件3，在之后的工序中粘接多孔质构件5。
采用上述方法，在第二热塑性树脂部件3成型时，能够在埋入螺母1的同时将多孔质构件5固定在第二热塑性树脂部件3上，因此，生产效率上升。此外，通过这样预先在第二热塑性树脂部件3成型时粘接多孔质构件5，能够防止在前述的振动熔接工序中多孔质构件5被熔融的树脂推出而错位。但是，本制造方法是第二热塑性树脂部件3的成型方法的一例子，也可以利用其他的方法将多孔质构件5粘接于除第二热塑性树脂部件3之外的部件或者不粘接而振动熔接。
在此，利用图4和图5说明在振动熔接时产生的毛边31。
图4是利用以往的实施方法进行振动熔接时的结构图。与作为本实施例的结构图的图1相比较，没有多孔质构件5，而且在装备于第二热塑性树脂部件3的上部的第一热塑性树脂部件2a上没有构成用于容纳多孔质构件5的凹部。并且，图5是在以往的实施方式中利用熔接构造体制造方法制造的熔接构造体的剖视图。如该图5所示，在以往的熔接构造体制造方法中，在振动熔接时，熔接部7的周围的树脂有时会过量地熔融，溢出到螺母1内部的空洞、外部而冷却，成为毛边31。在外部产生的毛边能够比较简单地除去，但在螺母1内部的空洞中产生的毛边31比较难以除去。此外，在振动熔接之后向螺母1中通入螺栓6时，该毛边31会成为障碍。
另一方面，如图1～图3所示，在本实施例中，在螺母1的空洞开口部配置有多孔质构件5。因此，防止在振动熔接时熔融的树脂流入到多孔质构件5的孔中，流入到螺母1内部的空洞。因而，能够抑制毛边进入到螺母1内部的空洞。另外，吸收了树脂的多孔质构件5在冷却之后变冷而凝固，成为利用上述振动熔接方法制造的熔接构造体的一部分。
图6是利用本实施例制造的熔接构造体的使用形态的一例子。如该图6所示，在利用本实施例制造的熔接构造体的螺母1内部的空洞中没有产生毛边31。因而，能够没有妨碍地插入螺栓6。
在图7中表示利用本实施例所记载的方法制造的熔接构造体的使用例之一。图7是应用于汽车内部所使用的树脂制的骨架的例子。在此，在设置于图中下部的下部粱100的两端部采用利用本实施例所记载的方法制造的熔接构造体。下部粱100是具有下方侧开口的大致字母U形的截面形状的构件，上述实施例1的、与第一热塑性树脂部件2和热塑性树脂部件4相当的部分均成为下部粱100的一部分。此外，如图7所示，在该下部粱100的两端部具备成为固定对象的、同样具有大致字母U形的截面的纵粱110。在纵粱110上具备供螺栓穿过的孔，使该孔与下部粱100的螺母的螺孔对准，能够利用未图示的螺栓进行固定。像这样，通过在树脂部件的固定部等采用利用本发明的方法制造的熔接构造体，能够提升强度，因此是有用的。在此，热塑性树脂材料可以采用利用碳纤维、玻璃纤维强化了的PP、PA、PC这样的树脂。
[第2实施方式]
使用图8和图9说明第2实施方式。图8是表示第2实施方式的熔接构造体的制造方法的剖视图。此外，图9是利用第2实施方式的制造方法制造的熔接构造体的剖视图。由于本实施方式是第1实施方式(图1～图2)的变形例，因此，对与第1实施方式相同的部分或者类似的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
如图8所示，本实施方式的第一热塑性树脂部件2a没有设置与在第1实施方式中说明的第一热塑性树脂部件2的凹部21相当的部分。另一方面，能够将与该凹部21相当的凹部作为凹部35设置在螺母1和埋入有螺母1的第二热塑性树脂部件3的图中上端面部。
采用本实施方式，如图9所示，能够有效地抑制在前述的振动熔接过程中产生的螺母1的孔内部产生毛边，制造熔接构造体。通过采用本实施方式，不必严密地将第二热塑性树脂部件3和螺母1相对于第一热塑性树脂部件2定位，能够削减熔接工序的工时。
此外，也可以同时设置本实施例的凹部35和前述实施例1的凹部21这两者。在这种情况下，通过使凹部35和凹部21的深度之和与多孔质构件5的厚度大致相同，能够获得前述的抑制产生毛边31的效果。
[第3实施方式]
使用图10和图11说明第3实施方式。图10是表示第3实施方式的熔接构造体的制造方法的剖视图。此外，图11是利用第3实施方式的制造方法制造的熔接构造体的实施方式的剖视图。由于本实施方式是第1实施方式(图1～图2)的变形例，因此，对与第1实施方式相同的部分或者类似的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
如图10所示，在本实施方式中，能够在埋入有螺母1b的第二热塑性树脂部件3b的上下设置开有孔的第一热塑性树脂部件2b和热塑性树脂部件4b，该孔用于供纵长的螺栓6a贯通。此外，在螺母1b的、图中的上下两端侧设置多孔质构件5b和5c。也就是说，能够在第一热塑性树脂部件2b和热塑性树脂部件4b的位于螺母1b的螺孔的延长线上的部分具备用于供螺栓穿过的螺栓通孔21b和41b。而且，能够在多孔质构件5b和5c的位于螺母1b的螺孔的延长线上的部分具备用于供螺栓穿过的螺栓通孔52b和52c。由此，螺栓能够在图中的上下方向上贯通。此外，在螺母1b的外周部，与前述的实施例1和实施例2同样设有突起部12b。利用该突起部12b，螺母1b相对于第二热塑性树脂部件3b而言难以在上下方向上错位。
由此，能够将螺母1b的上端和下端的两个端面装备在被成为接合对象的第一热塑性树脂部件2b和热塑性树脂部件4b覆盖的内部，能够保持暴露的部件表面的均匀性。此时，在图10中，在成为多孔质构件5b和5c的设置部的螺母1b的上端侧和下端侧在螺母1b和热塑性树脂部件3b设有凹部，但该凹部也可以设置在第一热塑性树脂部件2b和热塑性树脂部件4b上。此外，像前述那样，凹部的深度也可以被设置得浅于多孔质构件5b和5c各自的厚度。
采用利用本实施方式的方法制造的熔接构造体，如图11所示，能够利用比螺母1b的螺孔纵长的螺栓6b固定该熔接构造体。由此，能够更牢固地将各部件相互间固定。此外，也能够在设置于该第一热塑性树脂部件2b和热塑性树脂部件4b的孔的壁面上设置与贯通的螺栓6b相配合的螺纹部。由此，能够更牢固地固定螺栓6b。另外，在此说明了采用螺母1b的例子，但可以采用没有螺纹结构的圆筒形状的空心部件替代螺母。在这种情况下，例如考虑将在两端切有螺纹的的棒穿入空心部件，利用螺母从两端拧紧。
通过将利用本实施例的方法制造的熔接构造体应用于例如图7的接合部101和接合部102，能够更牢固地固定下部粱100和纵粱110。
[第4实施方式]
使用图12说明第4实施方式。由于本实施方式是第1实施方式(图1～图2)的变形例，因此，对与第1实施方式相同的部分或者类似的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。在此，图12是从上表面观看第4实施方式的熔接构造体的包含后述的多孔质构件5d的水平面的截面的图。
如图12所示，在本实施方式中，多孔质构件5d能够在其外周部的一部分设置朝向螺母1的螺孔的中心方向的缺口17。在前述的振动熔接工序中，熔融的树脂流入到该缺口中，利用之后的冷却而凝固。由此，能够牢固地固定多孔质构件5d，起到防止由螺栓6的装拆引起脱落的作用。此外，该缺口也可以如图12所示设置一个，但也可以设置多个。此外，缺口部的形状也可以如图所示是四边形，但也可以由中心方向是锐角的三角形、曲线、它们的组合形成。并且，缺口的宽度、深度、设置方向也可变，例如在图12中，将缺口的深度从多孔质构件5d的外周朝向中心设置到螺母1的螺孔的投影部位置的外周近前。在采用该形状的情况下，虽然熔融的树脂构件流入到缺口部，但不会流入到螺孔内部，因此，能够确保抑制在螺孔内产生的毛边的作用。
另一方面，也能够将该缺口的长度设置得超过螺母1的螺孔的投影部位置得外周。在这种情况下，在前述的振动熔接过程中，熔融的树脂会流入到螺母1的螺孔内部，但与没有设置多孔质构件的情况相比较，其量是极少的。这样，由流入到螺孔中的微量的树脂形成的毛边成为极微小的毛边。此外，该微小的毛边通过在将螺栓6紧固于螺母1时被螺纹牙的槽、螺栓6的端部夹住，能够起到防止螺栓6松动的作用。
[其他方式]
前述的实施方式的说明是用于说明本发明的熔接构造体制造方法和熔接构造体的例示，并不限定权利要求栏所记载的发明。此外，本发明的各部结构并不限定于所述的实施方式，能够在权利要求栏所记载的技术范围内进行各种变形。
例如，前述的多孔质构件5的形状除了设置缺口之外，例如也在外廓部设置朝向径向的突起部等，从而能够更牢固地固定在第二热塑性树脂部件3上。
此外，在前述的实施方式中均在第二热塑性树脂部件3中埋入有一个螺母1，但例如也能够通过埋入多个螺母，来制造设有多个螺孔的熔接构造体。
并且，在前述的实施例中均在第二热塑性树脂部件3中埋入有螺母1，但例如即使采用埋入了除了埋入螺母之外的、在内部具有空间的形状的部件的部件，也能够实施本发明。
附图标记说明
1、螺母；2、热塑性树脂部件；2a、热塑性树脂部件；2b、热塑性树脂部件；3、热塑性树脂部件；4、热塑性树脂部件；5、多孔质构件；5a、多孔质构件；5c、多孔质构件；5b、多孔质构件；6、螺栓；6a、螺栓；7、熔接部；8、熔接部；9a、模具；9b、模具；11、螺纹；12、突起部；13、下端部；21、凹部；21b、螺栓通孔；31、毛边；35、凹部；41、螺母通孔；41b、螺栓通孔；51、端面；52b、螺栓通孔；52c、螺栓通孔；91、突起部；93、空间；100、下部粱；101、固定部；102、固定部；110、纵粱。

Claims (7)

1.一种熔接构造体，其中，包括：
空心部件，其具有贯通内部的空洞；
第一树脂部件，其处于所述空心部件的所述空洞的至少一端侧；
第二树脂部件，其设置在所述空心部件的外周，使得所述空洞的开口部不被堵塞；以及
多孔质构件，其处于所述空心部件和所述第一树脂部件之间，堵塞所述一端侧，
所述第一树脂部件和所述第二树脂部件是热塑性树脂，该熔接构造体是将所述第一树脂部件和所述第二树脂部件通过振动熔接而成的。
2.根据权利要求1所述的熔接构造体，其中，
所述多孔质构件配置在由所述空心部件的所述空洞的贯通方向上的一端侧的端面并设置在所述第一树脂部件和/或所述第二树脂部件上的凹部形成的空间内。
3.根据权利要求2所述的熔接构造体，其中，
所述凹部的深度小于所述多孔质构件的厚度。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的熔接构造体，其中，
所述多孔质构件的至少一部分具有从外周朝向中心方向的缺口。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的熔接构造体，其中，
所述空心部件的与所述第二树脂部件接触的外周面在所述空洞的贯通方向上的至少一部分具有突起部。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的熔接构造体，其中，
所述空心部件是螺母。
7.一种熔接构造体制造方法，其中，
该方法包括以下步骤：
准备第一树脂部件和具有贯通内部的空洞的空心部件的步骤；
在所述空洞的开口部不被堵塞的状态下，在所述空心部件的外周设置第二树脂部件的步骤；
在所述空心部件和所述第一树脂部件之间配置多孔质构件的步骤；以及
对所述第一树脂部件和所述第二树脂部件进行振动熔接的步骤，使得所述第一树脂部件设置在第二树脂部件上的所述空心部件的所述空洞的至少一端侧。
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