JP2004160675A - 樹脂製品本体への樹脂製部品の溶着方法と該方法により得られる樹脂製品 - Google Patents

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂で作られた製品本体１０に熱可塑性樹脂で作られた部品２０を溶着して樹脂製品を作るときに、溶着箇所に溶着不良が生じた場合、それを非破壊的に容易にかつ確実に検出することを可能とする。
【解決手段】製品本体１０に部品２０を溶着する際に、溶着領域Ｐよりも広い面積を持ち、かつ溶着領域Ｐに着色などのマーキングをした熱可塑性樹脂フィルム３０を溶着部に介在させた状態で、両者の溶着する。溶着後、フィルム３０を引っ張り、マーキングが視認できたときは、溶着不良があると判断する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂製品本体に樹脂製部品を溶着する方法と該方法により得られる樹脂製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品本体部分とそこに接合される部品とを別個に製造しておき、両者を後工程で一体化して１つの製品とすることが行われる。製品が熱可塑性樹脂製品の場合に、熱可塑性樹脂で作られた製品本体と部品との接合面を適宜の加熱手段で加熱軟化させ、該軟化部分同士を衝接し圧接して樹脂製品本体に樹脂製部品を溶着することが行われる。そのような製品の一例として、例えば、特許文献１（実開平２−１０１２０号公報）には、自動車に搭載される樹脂製の燃料タンク本体に部品としての樹脂製チューブを溶着したものが示される。そこにおいて、図５に示すように、タンク本体１の開口２の周囲の溶着ゾーンＺ１に環状突起３、３を形成し、一方、部品であるチューブ４のフランジ５の溶着ゾーンＺ２には前記環状突起３、３の間に対向するようにして環状の突起４を形成する。そして、高周波リングヒータのような加熱手段Ｈにより溶着ゾーンＺ１、Ｚ２を加熱して軟化させた後、溶着ゾーンＺ１、Ｚ２を互いに圧接し、両者を溶着して一体化している。
【０００３】
【特許文献１】実開平２−１０１２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように所定の面積を加熱し軟化させ、その領域を互いに圧接することにより、製品本体側に所定の部品を溶着一体化する接合固定方法において、圧接する力が溶着面に等しく作用する場合は、良好な接合状態が得られる。しかし、実際の作業においては、本体に対する部品の取り付け位置の関係などから、双方の部材の接合面を平行に保持しておくことが困難であったり、溶着のための治具が傾いてしまうようなことが起こり得る。そのような場合に、圧接した時に片あたりが生じやすく、正確かつ均一な圧力が溶着面にかからないことから、溶着面の一部がついていなかったり、ついていても不十分な溶着であったりすることが起こり得る。
【０００５】
溶着されていない部分がありそれを目視で確認できる場合は、製品を不良品として排除することができる。しかし、溶着の不十分な領域が存在するときに、それを非破壊で確認することは容易でなく、そのまま製品として出荷されてしまう恐れがある。燃料タンクの場合には、このような溶着不良部分を含む製品を出荷することは厳禁されるべきであり、そのために、慎重な溶着作業と最終製品に対する厳密なチェックが必要となっており、大きな作業負担を伴う。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂で作られた製品本体に熱可塑性樹脂で作られた部品を溶着して樹脂製品を作るときに、溶着箇所に溶着不良が生じた場合、それを容易にかつ確実に検出することのできるようにした溶着方法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、そのような溶着方法によって製造された樹脂製品を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明による溶着方法は、樹脂製品本体への樹脂製部品の溶着方法であって、熱可塑性樹脂で作られた製品本体に熱可塑性樹脂で作られた部品を溶着する際に、溶着領域よりも広い面積を持つ熱可塑性樹脂フィルムを溶着部に介在させた状態で、両者の溶着を行うことを特徴とする。
【０００８】
上記溶着方法によれば、加熱軟化した製品本体側の溶着領域と部品側の溶着領域とを圧接することにより、その間に介在する熱可塑性樹脂フィルムの全部または一部が溶融し溶着部分に一体化する。一方、溶着領域以外の部分は製品本体側あるいは部品側のいずれにも溶着することなく、浮き上がった状態で残される。予定した溶着領域の全領域において完全な溶着が進行した場合には、その全領域において熱可塑性樹脂フィルムは溶融一体化する。予定した溶着領域の一部に不完全な溶着領域が形成された場合には、その部分の熱可塑性樹脂フィルムは不完全な溶着となっているか、溶着することなく浮いた状態となる。
【０００９】
所要の溶着作業を終えた後、熱可塑性樹脂フィルムの外に飛び出している部分を引っ張る。それによりフィルムは延伸するが、もし予定した溶着領域の全領域において充分な溶着が行われている場合には、その領域での延伸はなく、外部に飛び出している部分のみが延伸する。それを視覚的に確認することにより、所期どおりに溶着が進行したことを知ることができる。さらに引っ張ることによりフィルムは切り裂かれた状態で引き出される。完全な溶着が行われた場合には、予定した溶着領域の全領域部分が除去された状態でフィルムは引き出される。それによっても、溶着の良否を確認することができる。このようなフィルムの引き出しを行う場合には、フィルムに予めミシン目のような易破断線を設けておくことは有効である。
【００１０】
予定した溶着領域の全領域においてまったく溶着が進行していない場合には、引っ張ることにより、熱可塑性樹脂フィルムは原形を保った状態で引き出される。予定した溶着領域の一部のみで所要の溶着が進行した場合には、未溶着の部分が延伸して外部に出てくる。それを視覚的に確認することにより、溶着不良を容易に確認できる。フィルムを切り裂いた状態で引き出した場合には、溶着が進行した領域が消失しているので、その位置も含めて溶着不良を容易に確認できる。
【００１１】
上記のように、本発明による溶着方法によれば、溶着作業の終了後に、予め介在させておいた熱可塑性樹脂フィルムを引っ張るあるいは引き出してしまうことにより、溶着の良否の程度を容易にかつ可視的に判断することができる。この確認作業は樹脂製品に対しては非破壊的であり、最終製品としての樹脂製品に影響を与えることはない。
【００１２】
熱可塑性樹脂フィルムを引っ張ったときあるいは引き出したときに、その形状の変化（延伸の程度や消失の程度）を容易に目視で判断できない場合も起こり得る。そのために、本発明の好ましい態様では、熱可塑性樹脂フィルムとして溶着領域を予め視覚的に他の部分と識別可能としてあるフィルムを用いる。他の部分と識別するための手段としては、溶着領域に着色を施しておくことや、ミシン目の穴加工を施しておくことなどの手段が好適である。例えば、本来溶着すべき領域が円形である場合に、熱可塑性樹脂フィルムに予め同じ大きさの着色された円をマーキング部として描いておく。引っ張った状態でフィルムの延伸により円模様の一部が外に出てくるような場合は、溶着不良部分があることとなる。フィルムを引き出してしまう場合でも、その円模様の状態により、容易に溶着の要否とその程度を確認することができる。
【００１３】
本発明において、熱可塑性樹脂は得ようとする最終製品に求められる物性値などに応じて、任意のものを用いることができる。熱可塑性樹脂フィルムの樹脂材料が製品本体の樹脂材料あるいは部品の樹脂材料と同じであることは、相溶性の観点から好ましい。すべての樹脂材料が同じであることは、廃棄時の回収処理を効率化する観点からも好ましい。熱可塑性樹脂フィルムの厚みは４０μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。４０μｍよりも薄い場合は、溶着予定の箇所にフィルムを配置する作業がやや困難であると共に、溶着が不十分の場合でも、熱によりフィルムの一部が溶融して変形してしまう場合が起こる。また、２００μｍよりも厚くなると、圧着時に製品本体側あるいは部品側の熱をうばってしまい、それに起因して溶着が不十分となる恐れがある。また、フィルムを引っ張ったときに溶着箇所を破壊してしまう恐れもある。
【００１４】
本発明は、また、熱可塑性樹脂で作られた製品本体に熱可塑性樹脂で作られた部品を後付け溶着した樹脂製品であって、部品の溶着時に上記した溶着方法を採用し、かつ、溶着後に溶着部に介在させた熱可塑性樹脂フィルムを引っ張る作業を行ったことを特徴とする樹脂製品をも開示する。
【００１５】
上記樹脂製品は、上記したようにして容易にかつ確実に、しかも視覚的に、溶着領域の溶着の良否がチェックすることができるので、溶着不良のものは確実に排除される。上記の溶着方法の説明で記載したと同じ理由により、用いる樹脂材料の種類も任意であり、製品本体および部品の成形方法も任意である。対象となる樹脂製品の種類も任意であるが、燃料タンク、リザーブタンク、ウオッシャタンク、インレットパイプなどの製品は好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付した図面を参照しながら実施の形態に基づき説明する。図１は本発明による溶着方法を説明するための全体図であり、図２〜図４はその工程を説明する図である。図において、１０は適宜の熱可塑性樹脂で作られた製品本体の一例としての燃料タンクの一部を示しており、燃料取り入れ孔１１が形成されている。この孔１１の部分に部品としてのバルブキャップ２０を溶着する場合を例として、以下に説明する。
【００１７】
この例において、孔１１は直径ｄの円孔である。バルブキャップ２０は外径Ｄの円盤状であり、内部に直径ｄの空所を持つ。そして、バルブキャップ２０の下面は幅Ｗ（＝Ｄ−ｄ）の円環状の溶着領域Ｐ１とされる。燃料タンク１０の孔１１に対してバルブキャップ２０を溶着する場合、孔１１の周囲の幅Ｗである円環状領域が燃料タンク１０側での溶着領域Ｐ２になる。
【００１８】
熱可塑性樹脂フィルム３０はこの例では矩形状であり、前記した幅Ｗである円環状領域Ｐ１，Ｐ２よりも広い面積を持つ。熱可塑性樹脂フィルム３０の中央部は、幅Ｗである円環状領域Ｐ１，Ｐ２と同じ形状の溶着領域Ｐとされており、その内側領域Ｓは打ち抜かれて空所となっている。溶着領域Ｐはマーキングの目的で適宜の色彩（例えば赤色）に着色されている。必須ではないが、溶着領域Ｐの外縁から熱可塑性樹脂フィルム３０の外周縁に亘って、１箇所以上のミシン目のような破断線３１を設けてもよい。熱可塑性樹脂フィルム３０の素材は燃料タンク１０およびバルブキャップ２０と同じ樹脂系であることが望ましく、燃料タンク１０およびバルブキャップ２０がポリエチレン系樹脂の成形品である場合には、熱可塑性樹脂フィルム３０もポリエチレン系樹脂フィルムとされる。厚みは４０μｍ〜２００μｍ程度が好ましい。
【００１９】
溶着に当たり、適宜の治具を用いて燃料タンク１０とバルブキャップ２０とを双方の溶着領域Ｐ１，Ｐ２が対向するように位置させ、その間に、溶着領域Ｐ１，Ｐ２の形状に近似したリング状のヒータ４０、４０を配置する。そして、ヒータ４０、４０を双方の溶着領域に近接させて、その部分を加熱軟化する（図２）。所要に加熱軟化した状態でヒータ４０、４０を退避させた後、図３ｂに示す熱可塑性樹脂フィルム３０を、その溶着領域Ｐが溶着領域Ｐ１，Ｐ２と対向した位置となるように挿入し、燃料タンク１０の上に載置する（図３ａ）。
【００２０】
次に、図４ａに示すように、バルブキャップ２０を燃料タンク１０側に移動させ、熱可塑性樹脂フィルム３０を挟持した状態で、その溶着領域Ｐ１を燃料タンク１０側の溶着領域Ｐ２に圧接する。それにより、双方の溶着領域Ｐ１，Ｐ２は熱可塑性樹脂フィルム３０の溶着領域Ｐを介在した状態で相互に溶着一体化する。溶着状態が安定した後、熱可塑性樹脂フィルム３０の溶着領域Ｐの外側の部分を、図でＦに示すように、作業者の手によりあるいは適宜の引っ張り手段により外側に引っ張る（図４ｂ）。
【００２１】
もし予定した溶着領域Ｐ１，Ｐ２の全領域において充分な溶着が行われている場合には、熱可塑性樹脂フィルム３０の溶着領域Ｐは溶着領域Ｐ１，Ｐ２に溶融一体化しており、フィルム３０の外側の部分が延伸するのみである。破断線３１を利用して引き裂き部を作り、フィルム３０の外側に飛び出している部分を除去することにより、溶着不良のない燃料タンクが得られる。
【００２２】
引っ張ることによりフィルム３０が延伸し、着色された溶着領域Ｐの一部が外側に引き出され、作業者がそれを視認できる場合が起こる。このことは、フィルム３０の溶着領域Ｐの一部が溶着領域Ｐ１，Ｐ２に溶融一体化していないことを意味しており、溶着不良個所があること示す。この場合には、燃料タンクは廃棄あるいは再処理にまわされる。
【００２３】
溶着不良個所がごく一部である場合、あるいは、引っ張り位置の逆の位置にある場合などには、一方向の引っ張りのみでは、それを確認できないことが起こり得る。その場合には、引っ張り力を大きくし、さらに、形成した破断線３１を利用して、熱可塑性樹脂フィルム３０を溶着箇所から引き抜く。この場合、溶融一体化が進行した領域が引き抜かれたフィルムから消失しているので、それによって溶着不良を場所も含めて確実に確認することができる。
【００２４】
【実施例】
上記の溶着方法を行い、熱可塑性樹脂フィルム３０を引っ張って溶着不良個所の有無を確認した例を説明する。試験では、ポリエチレン製タンクにポリエチレン製バルブキャップ部品を溶着した。図２に示すようにして、両者をヒータにて加熱した。加熱条件は、バルブ部品側加熱温度：２６０℃、タンク側加熱温度：２６０℃、加熱圧力（部品側、タンク側）：１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２、加熱時間（部品側、タンク側）：３０秒、とした。
【００２５】
ヒータを取り外した後、タンクの上面に図３ｂに示す形状の熱可塑性樹脂フィルム３０を置いた。その状態でバルブキャップ部品をタンク面に溶着した。溶着後フィルムを引っ張り、溶着がしっかりしているかどうか視覚的に確認した。なお、試験は、熱可塑性樹脂フィルムの材質と厚みを変えて実施した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
ここで、溶着強度は、バルブキャップ部品を内側から押したときにバルブキャップ部品を破壊した荷重とした。また、判定性は、フィルムを引っ張ることで溶着の良否を判定できるかどうかを確認した。フィルムを引っ張ったとき、溶着のしっかりできているものは、着色部が見えない（○）ことが確認できた。溶着強度が低いもの（６．５ｋＮ）では、着色部を外から視認することができた（△）。作業性は、タンク本体にフィルムを設置するときの容易さで確認した。作業性が良好なものは○、やや困難であったものは△とした。
【００２８】
また、表１に示すように、ポリエチレン製タンクにポリエチレン製バルブキャップ部品を溶着した場合、熱可塑性樹脂フィルムの種類は、ポリエチレンとポリプロピレンにて良好な結果が得られた。ポリアミドの場合は、フィルムが溶融不足で溶着不良であり、良い結果が得られなかった。ＰＥフィルムの厚みとしては、４０μｍ〜２００μｍの範囲で溶着強度、判定性、作業性とも良好な結果が得られた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、熱可塑性樹脂で作られた製品本体に熱可塑性樹脂で作られた部品を溶着して樹脂製品を作るときに、溶着箇所に溶着不良が生じた場合、それを非破壊的に容易にかつ確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶着方法を説明するための全体図。
【図２】本発明の方法を工程順に説明する図である。
【図３】本発明の方法を工程順に説明する図２に続く図。
【図４】本発明の方法を工程順に説明する図３に続く図。
【図５】樹脂製の燃料タンク本体に部品を溶着する際の従来の手法を説明する図。
【符号の説明】
１０…製品本体（燃料タンク）、２０…部品（バルブキャップ）、３０…熱可塑性樹脂フィルム、Ｐ，Ｐ１，Ｐ２…溶着領域

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂で作られた製品本体に熱可塑性樹脂で作られた部品を溶着する際に、溶着領域よりも広い面積を持つ熱可塑性樹脂フィルムを溶着部に介在させた状態で、両者の溶着を行うことを特徴とする樹脂製品本体への樹脂製部品の溶着方法。
2. 熱可塑性樹脂フィルムとして溶着領域を予め視覚的に他の部分と識別可能としてあるフィルムを用いることを特徴とする請求項１に記載の溶着方法。
3. 熱可塑性樹脂フィルムとして厚みが４０μｍ〜２００μｍのフィルムを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の溶着方法。
4. 熱可塑性樹脂で作られた製品本体に熱可塑性樹脂で作られた部品を後付け溶着した樹脂製品であって、部品の溶着時に請求項１ないし３のいずれかに記載の溶着方法を採用し、かつ、溶着後に溶着部に介在させた熱可塑性樹脂フィルムを引っ張る作業を行ったことを特徴とする樹脂製品。

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