JP2001232686A - 振動溶着用治具の製作方法及び振動溶着用治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで振動溶着用の上治具を製作する方
法を提供すること。 【解決手段】 インストルメントパネル３１を保持する
上治具２０と、ダクト３２を保持する下治具１６と、上
治具２０を下治具１６に対して振動させる振動発生手段
とを有する振動溶着装置に用いる上治具２０の製作方法
であって、表面がワークに略合致する凹面形状に形成さ
れた受け駒２１の表面にウレタン樹脂２３を簡易積層す
る工程と、ウレタン樹脂層２３を所定の刃具により、切
削加工してインストルメントパネル３１の外形形状に合
致する形状に成形する工程とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動溶着用治具の
製作方法に関し、さらに詳細には、振動溶着用治具のワ
ークとの接触面を形成するウレタン樹脂層を刃具により
直に切削することにより製作する振動溶着用治具の製作
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のインストルメントパネルの裏面
には、空調ダクトが接合されている。従来から、樹脂製
のインストルメントパネルと樹脂製のダクトとを接合す
るには、振動溶着法が用いられている。振動溶着法と
は、ダクトを下治具に固定し、インストルメントパネル
を上治具に固定保持させ、ダクトとインストルメントパ
ネルを圧接させた状態で、上治具を毎秒１００回程度振
動させ、インストルメントパネルとダクトとの間に摩擦
熱を発生させてインストルメントパネルとダクトとの圧
接面を溶融し、ダクトとインストルメントパネルとを溶
着させる方法である。

【０００３】次に、従来の上治具の製作方法について具
体的に説明する。図３に従来の上治具の製作方法を示
す。始めに、Ｓ１１において、インストルメントパネル
の表面形状が表面に形成されているマスターモデル１０
１を製作する。次ぎに、Ｓ１２において、マスターモデ
ル１０１を利用して鋳型を作り、その鋳型を用いたアル
ミ鋳造により、受け駒１０２を製作する。次ぎに、Ｓ１
３において、受け駒１０２の底面を切削して取付基準面
１０２ａを形成する１次機械加工を行う。次に、Ｓ１４
において、受け駒１０２とマスターモデル１０１とを若
千（１０ｍｍ前後）隙間をあけて合体させる。このと
き、受け駒１０２とマスターモデル１０１との間には、
少しの隙間が形成される。

【０００４】次に、Ｓ１５において、その隙間にウレタ
ン樹脂を注入して受け駒１０２の表面にウレタン樹脂層
１０３を積層成形する。受け駒１０２の表面にウレタン
樹脂層１０３を形成するのは、上治具がインストルメン
トパネルを振動させるときに、インストルメントパネル
表面に傷付きが発生するのを防止するためである。次
に、Ｓ１６でマスターモデル１０１を脱型する。ここ
で、ウレタン樹脂層１０３の表面は、マスターモデルの
表面がそのままを転写した状態で形成される。次ぎに、
Ｓ１７において、ウレタン樹脂製の注入積層１０３の表
面を修正することにより、上治具が完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動溶着用上治具の製作方法には、次のような問題があ
った。 （１）上治具を製作するためのマスターモデルを製作す
るのに、数百万円かかり、コストアップの原因となって
いた。 （２）マスターモデルという反転転写モデルを製作し、
そのマスターモデルとアルミ鋳造による受け駒との隙間
にウレタン樹脂を注入して受け駒の表面にウレタン樹脂
層を積層形成して上治具を製作しているため、上治具の
面精度が悪く、インストルメントパネルを振動させると
きに、インストルメントパネル表面に傷付きを発生する
恐れがあった。それを回避するには、ウレタン樹脂層の
面修正を入念に行わなければならず、コストアップの原
因となっていた。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決することを目
的とし、低コストで振動溶着用の上治具を製作する方法
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の振動溶着用治具
の製作方法は、次のような工程を有している。 （１）振動溶着すべきワークの一方を固定保持する第１
治具と、他方を固定保持する第２治具と、第１治具を第
２治具に対して振動させる振動発生手段とを有する振動
溶着装置に用いる振動溶着用治具の製作方法であって、
表面がワークに略合致する凹面形状に形成された受け駒
の表面にウレタン樹脂を簡易積層する工程と、ウレタン
樹脂層を所定の刃具により、切削加工してワークの外形
形状に合致する形状に成形する工程とを有している。

【０００８】（２）（１）に記載する振動溶着用治具の
製作方法において、前記刃具が、すくい角が略２０度、
ねじれ角が略４０度のボールエンドミルであることを特
徴とする。

【０００９】また、本発明の振動溶着用治具は、次のよ
うな構成を有している。 （３）（１）または（２）に記載する振動溶着用治具の
製作方法により製作されたことを特徴とする。

【００１０】所定の刃具を用いて、受け駒の表面に簡易
積層されたウレタン樹脂層を直に切削加工することによ
り、フライス盤の数値制御そのものでウレタン樹脂層の
表面を精度良く成形することができる。特に、従来のよ
うにマスターモデルを製作し、このマスターモデルを利
用してウレタン樹脂層を積層成形していた場合と比較し
て、精度が２倍以上向上し、治具の製作コストも大幅に
低減した。一方、刃具として、すくい角が略２０度、ね
じれ角が略４０度のボールエンドミルを用いることによ
り、切削加工によるウレタン樹脂層の表面の凹凸やむし
れを防止できるため、表面を滑らかに成形できる。そし
て、振動溶着用治具のウレタン樹脂層の表面が滑らかに
なることにより、振動溶着を行うときに、インストルメ
ントパネルと上治具とを密着させることができるため、
インストルメントパネルに充分な振動を与えて、インス
トルメントパネルとダクトとの間に充分な摩擦熱を発生
させ、インストルメントパネルとダクトとを必要な強度
で溶着することができる。同時に、インストルメントパ
ネルが上治具に密着しているので、インストルメントパ
ネルと上治具との間で擦れが生じることが少なく、イン
ストルメントパネルに傷付きが発生することがなくな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る振動溶着用治
具の製作方法の一実施の形態について、図面を参照して
詳細に説明する。図１は、振動溶着用治具の製作方法を
示す工程図である。まず、発泡スチロールよりなる簡易
モデルを製作し、それを利用して鋳型を作り、受け駒２
１のアルミ鋳造を行う（Ｓ１）。発泡スチロールよりな
る簡易モデルはマスターモデルと異なり、精度は悪い
が、極めて安価に製作することができる。次に、通常の
切削等の機械加工により、受け駒２１の底面に取り付け
基準面２１ａを形成する（Ｓ２）。

【００１２】次に、簡易モデル２２と受け駒２１とを少
しの隙間（１５〜２０ｍｍ）をあけて合体させる。この
とき、受け駒２１と簡易モデル２２との間には、少しの
隙間が形成される。次に、Ｓ３において、その隙間にウ
レタン樹脂を注入して受け駒２１の表面にウレタン樹脂
層を簡易積層する。ウレタン樹脂層２３を積層するの
は、上治具がインストルメントパネルを振動させるとき
に、インストルメントパネル表面に傷付きが発生するの
を防止するためである。ここで、ウレタン樹脂層２３の
表面は、簡易モデル２２の表面がそのままを転写される
ため、従来のマスターモデルを使用する場合と比較して
面精度が悪い。

【００１３】このため、Ｓ４において、ウレタン樹脂層
２３の表面を特定の刃具で直に切削加工してインストル
メントパネルの外形形状に合致する形状に成形する。こ
の切削加工により、ウレタン樹脂層２３の面精度を確保
することができる。従来、刃具を用いてウレタン樹脂を
直に切削加工することは困難であると考えられてきた。
それは、刃具による切削加工では、ウレタン樹脂表面の
表面粗さが所望の程度確保できなかったからであり、刃
具による切削加工によりウレタン樹脂表面に凹凸やむし
れが発生する問題があったからである。本発明者らは、
試行錯誤の結果、凹凸やむしれの発生しないウレタン樹
脂切削加工用刃具を開発した。すなわち、すくい角を略
２０度、ねじれ角を略４０度とすることにより、刃具の
切れ味をシャープにすることができ、ウレタン樹脂の凹
凸やむしれの発生を防止できたのである。なお、すくい
角は２０度より小さければ、より効果があると考えられ
るが、現在の刃具の製造技術では、すくい角を２０度と
することが限度である。

【００１４】次に、ウレタン樹脂の切削加工方法につい
て説明する。刃具としては、すくい角略２０度、ねじれ
角略４０度、刃具径２０ｍｍ、ハイス鋼製のボールエン
ドミルを用いている。ここで、特に重要なのは、刃具の
すくい角を略２０度としている点である。すくい角と
は、基準面に対するすくい面の傾きをいう。すくい面と
は、刃具の切削を営む主体となる面で、切りくずは、こ
の面上を擦過する。また、切削加工の条件としては、荒
削りは切り込み量１０〜１５ｍｍ、回転数６０００ｒｐ
ｍ、送り速度６００ｍｍ／ｍｉｎ、仕上げは、切り込み
量０．８ｍｍ、刃具の回転数６０００ｒｐｍ、送り速度
２４００ｍｍ／ｍｉｎが適当である。

【００１５】次ぎに、振動溶着装置について図２に基づ
いて説明する。床に固定されたベースフレーム１７の上
に下治具１６が固定されている。下治具１６の上には、
ダクト３２がセットされている。下治具１６には、ガイ
ドシャフト１５を介して上部ユニットブリッジ１２が取
り付けられている。上部ユニットブリッジ１２には、両
端部から順次駆動用マグネットコイル１４、バイプレー
タ１３、スプリング１１が取り付けられている。両側の
スプリング１１の下部に上治具２１が取り付けられてい
る。上治具２０は、受け駒２１と、受け駒２１の表面に
積層されたウレタン樹脂層２３とを有する。上治具２０
には、インストルメントパネル３１がセットされてい
る。

【００１６】次ぎに、上記構成を有する振動溶着装置の
作用を説明する。図示しない発振機により左右のマグネ
ットコイル１４に交互に通電することにより、バイプレ
ータ１３を交互に吸引し、スプリング１３を介して上治
具２０を振動させる。このとき、通電を、毎秒１００回
以上の周期で切り換えているので、上治具２０も毎秒１
００回以上、左右に各々３ｍｍ振動させる。通電は、１
０秒間行っている。上治具２０に保持されているインス
トルメントパネル３１が、下治具１６に保持されている
ダクト３２に対して、毎秒１００回以上、左右に各々２
ｍｍ振動する。この振動により、インストルメントパネ
ル３１とダクト３２とが擦り合わされ、摩擦熱が発生す
る。この摩擦熱により、インストルメントパネル３１と
ダクト３２の接触部が溶融され、インストルメントパネ
ル３１とダクト３２とが溶着する。

【００１７】この振動溶着において、上治具２０の性能
として問題となるのは、第１にウレタン樹層２３とイン
ストルメントパネル３１との密着力である。この密着力
は静摩擦係数として表せる。ウレタン樹脂層２３とイン
ストルメントパネル３１（ＰＰ製）との静摩擦係数は、
従来のマスターモデル法で形成したウレタン樹脂層で
は、平均１．０３であった。サンドペーパー＃２２０で
修正したウレタン樹脂層では、平均０．９８であり、サ
ンドペーパー＃３２０で修正したウレタン樹脂層では、
平均１．０７であり、サンドペーパー＃４００で修正し
たウレタン樹脂層では、平均１．１７であった。

【００１８】本発明の直に切削加工したウレタン樹脂層
２３では、１．０７あり、従来と比較して、ほぼ同等で
ある。従来の静摩擦係数以上の数値があれば、密着力が
強く、振動を与えたときに、インストルメントパネル３
１とウレタン樹脂層２３とが密着しているので、インス
トルメントパネル３１の表面に傷付きが発生しないので
ある。また、上治具２０の性能の第２の問題は、加工精
度であるが、上記特定の刃具と、切削条件によれば、加
工精度は満足すべき結果であった。また、上治具２０の
性能の第３の問題は、インストルメントパネル３１とダ
クト３２の溶け込み量であるが、平均で０．７ｍｍ以上
の溶け込みがあり、ダクト３２をインストルメントパネ
ル３１から引き剥がす引っ張り力も３２Ｋｇ／ｃｍ ²以
上あり、充分な強度が得られている。

【００１９】以上、本発明の実施の形態を詳細に説明し
たが、本実施の形態によれば、インストルメントパネル
３１を保持する上治具２０と、ダクト３２を保持する下
治具１６と、上治具２０を下治具１６に対して振動させ
る振動発生手段とを有する振動溶着装置に用いる上治具
２０の製作方法であって、表面がインストルメントパネ
ル３１に略合致する凹面形状に形成された受け駒２１の
表面にウレタン樹脂２３を簡易積層する工程と、ウレタ
ン樹脂層２３を所定の刃具により、切削加工してインス
トルメントパネル３１の外形形状に合致する形状に成形
する工程とを有しているので、フライス盤の数値制御そ
のものでウレタン樹脂層２３の表面を精度良く成形する
ことができる。特に、従来のようにマスターモデルを製
作し、このマスターモデルを利用してウレタン樹脂層を
積層成形していた場合と比較して、精度を２倍以上向上
させ、かつ上治具２０の製作コストを大幅に低減でき
る。

【００２０】特に、刃具として、すくい角を略２０度、
ねじれ角を略４０度のボールエンドミルを用いることに
より、切削加工によるウレタン樹脂層の表面の凹凸やむ
しれを防止できるため、表面を滑らかに成形できる。そ
して、振動溶着用治具のウレタン樹脂層の表面が滑らか
になることにより、振動溶着を行うときに、インストル
メントパネルと上治具とを密着させることができるた
め、インストルメントパネルに充分な振動を与えて、イ
ンストルメントパネルとダクトとの間に充分な摩擦熱を
発生させ、インストルメントパネルとダクトとを必要な
強度で溶着することができる。同時に、インストルメン
トパネルが上治具に密着しているので、インストルメン
トパネルと上治具との間で擦れが生じることが少なく、
インストルメントパネルに傷付きが発生することがなく
なる。

【００２１】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その
趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例え
ば、振動溶着の対象として、インストルメントパネルと
樹脂製ダクトとの組み合わせを例としたが、他の樹脂製
部品を振動溶着法により溶着する場合に使用する上治具
の製作にも適用できることは当然である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の振動溶着用治具の製作方法によ
れば、振動溶着すべきワークの一方を固定保持する第１
治具と、他方を固定保持する第２治具と、第１治具を第
２治具に対して振動させる振動発生手段とを有する振動
溶着装置に用いる振動溶着用治具の製作方法であって、
表面がワークに略合致する凹面形状に形成された受け駒
の表面にウレタン樹脂を簡易積層する工程と、ウレタン
樹脂層を所定の刃具により、切削加工してワークの外形
形状に合致する形状に成形する工程とを有しているの
で、フライス盤の数値制御そのものでウレタン樹脂層の
表面を精度良く成形することができる。特に、従来のよ
うにマスターモデルを製作し、このマスターモデルを利
用してウレタン樹脂層を積層成形していた場合と比較し
て、精度が２倍以上向上でき、かつ治具の製作コストを
大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動溶着用治具の製作方法を示す
工程図である。

【図２】振動溶着装置の構成を示す全体図である。

【図３】従来の振動溶着用治具の製作方法を示す工程図
である。

【符号の説明】

１１ スプリング １３ バイプレータ １４ マグネットコイル １６ 下治具 ２０ 上治具 ２１ 受け駒 ２３ ウレタン樹脂層 ３１ インストルメントパネル ３２ ダクト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三谷 佳樹 愛知県刈谷市一里山町金山100番地 トヨ タ車体株式会社内 (72)発明者 鳥居 直仁 愛知県刈谷市一里山町金山100番地 トヨ タ車体株式会社内 Ｆターム(参考） 3D044 BA11 BB01 BC01 BC13 BD11 4F211 AA42 AH25 TA02 TA06 TC01 TD01 TN20 TN31 TQ05 TW23 TW24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動溶着すべきワークの一方を固定保持
   する第１治具と、他方を固定保持する第２治具と、第１
   治具を第２治具に対して振動させる振動発生手段とを有
   する振動溶着装置に用いる振動溶着用治具の製作方法に
   おいて、 表面が前記ワークに略合致する凹面形状に形成された受
   け駒の表面にウレタン樹脂を簡易積層する工程と、 前記ウレタン樹脂層を所定の刃具により、切削加工して
   前記ワークの外形形状に合致する形状に成形する工程と
   を有することを特徴とする振動溶着用治具の製作方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する振動溶着用治具の製
   作方法において、 前記刃具が、すくい角が略２０度、ねじれ角が略４０度
   のボールエンドミルであることを特徴とする振動溶着用
   治具の製作方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載する振動
   溶着用治具の製作方法により製作されたことを特徴とす
   る振動溶着用治具。