JP2004262041A - 樹脂部品の超音波接合方法 - Google Patents

樹脂部品の超音波接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】少なくとも一方側を樹脂部品で構成する複数のトリムメンバーを超音波溶着により接合する樹脂部品の超音波接合方法であって、樹脂バリの製品表面側への流出を防止するとともに、樹脂バリによる隣接部品の干渉問題も回避する。
【解決手段】ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア（樹脂部品）３０とからなる上下二分割構成のドアトリム１０であって、ドアトリムロア３０の裏面に立設した溶着用ボス３１をドアトリムアッパー２０の取付孔２３内に挿入した後、先端部分に切欠き５２を設定した超音波溶着用ホーン５０により、溶着用ボス３１の先端部分に溶着カシメ加工を行ない、切欠き５２を通して、超音波溶着用ホーン５０の容量以上の余剰樹脂３３をドアトリムアッパー２０の裏面側に強制的に誘導することで、製品表面側に樹脂バリの流出をなくし、かつ切欠き５２の向きを調整することで、余剰樹脂３３の流出方向を制御する。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のトリムメンバーを超音波溶着方法により接合する樹脂部品の超音波接合方法に係り、特に、超音波接合時に生じる余剰樹脂を製品裏面側に強制的に誘導することで、良好な外観性能が得られ、かつ他部品との干渉も未然に防止できる樹脂部品の超音波接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、上下二分割構成の自動車用ドアトリム１を示す分解図であり、図１２は、自動車用ドアトリムにおける超音波加工時の状態を示す断面図である。図面において、自動車用ドアトリム１はドアトリムアッパー２とドアトリムロア３とから構成されている。そして、ドアトリムアッパー２は樹脂芯材２ａの表面に表皮２ｂを貼着した積層構造体からなり、モールドプレス成形工法、あるいはコールドプレス成形工法により、所望の曲面形状に成形されているとともに、ドアトリムロア３は合成樹脂の射出成形体から構成されている。
【０００３】
次いで、ドアトリムアッパー２とドアトリムロア３との接合構造は、ドアトリムロア３の接合縁部に沿って、溶着用ボス４が適宜ピッチ間隔で立設され、この溶着用ボス４をドアトリムアッパー２に対応して開設されている取付孔５内に挿入した後、図１２に示すように、溶着用ボス４の先端部分に超音波溶着用ホーン６によりカシメ加工を施すことで両者を接合している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９８９３６号公報 （第４頁、図８、図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、一方側がドアトリムロア３のように樹脂部品である場合、複数のトリムメンバー２，３を接合する方法としては、樹脂部品であるドアトリムロア３に溶着用ボス４を立設して、ドアトリムアッパー２の取付孔５内に溶着用ボス４を挿入し、溶着用ボス４の先端部分に超音波溶着カシメ加工を施す方式が多用されているのが実情である。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の超音波接合方法においては、溶着用ボス４先端部分の溶融樹脂量が超音波溶着用ホーン６の容量６ａを越えた場合、余剰樹脂が生じ、この余剰樹脂は図１３に示すように、製品表面側にバリａとなって流れ出すか、あるいは裏面側にバリｂとして流れ出してしまう。
【０００７】
従って、製品表面側にバリａが流出した場合は、ドアトリム１の製品外観を大幅に損なうという不具合があり、また、ドアトリムアッパー２の裏面側にバリｂが流出した場合には、ドアパネル等、隣接部品との干渉問題が生じ、パネルへの取付作業に支障を来たしたり、あるいは、走行中の振動により、バリｂがパネルとぶつかり、打音が発生し、静粛な走行が期待できないという問題点があった。
【０００８】
更に、超音波溶着用ホーン６の下降ストローク量や超音波振動等の条件面での細かな調整を必要とするなど、煩雑な条件出しを強いられ、このことが生産性を低下させる大きな要因となっている。
【０００９】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、一方側が樹脂部品である複数のトリムメンバーを超音波溶着加工方法により相互に接合する樹脂部品の超音波接合方法であって、製品表面への余剰樹脂の流れ出しがなく、良好な外観性能が得られるとともに、パネル等の隣接部品に対する干渉といった問題もなく、しかも、ラフな条件設定でも充分な溶着強度が得られる樹脂部品の超音波接合方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のトリムメンバーにおける一方側の樹脂部品の裏面にボス，リブ等からなる溶着用突部が立設され、他方側のトリムメンバーに上記溶着用突部に対応して取付孔が開設され、この取付孔内に溶着用突部を挿入し、該溶着用突部の先端部分を超音波溶着用ホーンによりカシメ加工することで、複数のトリムメンバーを接合一体化する樹脂部品の超音波接合方法において、前記超音波溶着用ホーンの先端部分に切欠きが形成されるとともに、超音波溶着時に生じる溶着用突部先端部分の余剰樹脂を上記切欠きを通して超音波溶着用ホーン対向側のトリムメンバーの裏面に誘導することを特徴とする。
【００１１】
ここで、複数のトリムメンバーとしては、例えば、ドアトリムアッパーとドアトリムロアとからなる上下二分割構成のドアトリムや、アッパーメンバーとロアメンバーとからなるリヤサイドトリム、ラゲージサイドトリム、又は、ドアトリムとその背面側に取り付けられるポケットバックカバーなどに適用でき、相互に隣接する部品であり、一方側が溶着用突部を突設した樹脂部品であれば用途は問わない。
【００１２】
従って、本発明によれば、樹脂部品の裏面に立設した超音波用突部を相手部品の取付孔内に挿入した後、この超音波用突部の先端部分に超音波溶着用ホーンにより溶着加工を施す際、超音波溶着用ホーンの容量以上の溶融樹脂が生じた際、超音波溶着用ホーンの先端部分に設けた切欠きを通してこの余剰樹脂が超音波溶着用ホーン対向側、すなわち製品裏面側に誘導されるため、余剰樹脂は接合面側から製品表面側に流れ出すことがない。
【００１３】
更に、超音波溶着用ホーンの容量以上の余剰樹脂を積極的に相手部品の裏面側に誘導するというものであるから、超音波溶着用ホーンの下降ストローク量や加工条件等の管理を比較的容易に行なえる。
【００１４】
また、本発明の別の実施態様は、前記超音波溶着用ホーンにより溶着用突部の先端部分をカシメ加工する際、超音波溶着用ホーンに設けられている切欠きの設定位置を調整することで、超音波溶着時に生じる余剰樹脂の誘導方向を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
従って、超音波溶着用ホーンの容量以上の余剰樹脂は、相手部品の裏面側に誘導されるとともに、誘導方向については切欠きの設定位置を任意に調整することで隣接部品との間のクリアランス等を考慮して選択できるため、車体パネル等、隣接部品との間の干渉や、走行中の振動によるパネルとの打音という問題は有効に解決される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る樹脂部品の超音波接合方法の好適な実施の形態について、上下二分割構成のドアトリムに適用した場合について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明方法によりドアトリムアッパーとドアトリムロアとを超音波接合して製作した自動車用ドアトリムを示す正面図、図２は同自動車用ドアトリムの構成を示す断面図、図３は同自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波接合部分を示す拡大断面図、図４は本発明方法に使用する超音波溶着用ホーンの先端部分の形状を示す斜視図、図５は同自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波接合前の状態を示す説明図、図６は同自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波接合時の状態を示す説明図、図７は超音波接合時における超音波溶着用ホーンの切欠きの位置関係を示す説明図、図８は超音波接合後の状態を示す断面図、図９，図１０は複数の切欠きを設けた超音波溶着用ホーンによる超音波接合時の状態を示す平面図並びに断面図である。
【００１８】
図１乃至図３において、本発明を適用して製作した自動車用ドアトリム１０の構成について説明する。この自動車用ドアトリム１０は、ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア３０との上下二分割体から構成されている。そして、ドアトリムアッパー２０には、ドアロック機構のロック状態を解除するインサイドハンドルの縁飾り部材としてのインサイドハンドルエスカッション１１が取り付けられており、更に、アームレスト部には、プルハンドル１２及びパワーウインドウスイッチフィニッシャー１３が設けられている。また、ドアトリムロア３０には、備品を収容できるドアポケット開口１４が開設され、そのフロント側には、スピーカグリル１５が一体あるいは別体に設けられいる。
【００１９】
更に詳しくは、ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア３０との具体的な構成について、図２を基に説明すると、ドアトリムアッパー２０は、保形性と図示しないドアパネルへの取付剛性を備えた所望の曲面形状に成形された樹脂芯材２１の表面に手触り感並びに外観性能を良好に保つ表皮２２が一体貼着された積層構造体から構成されている。上記樹脂芯材２１としては、汎用の熱可塑性樹脂が使用でき、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）樹脂等が使用できる。
【００２０】
また、この熱可塑性樹脂中に適宜フィラー、例えばガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維や、タルク、クレイ、シリカ、炭酸カルシウム等の無機粒子等の充填剤が混入されていても良い。そして、樹脂芯材２１は、モールドプレス成形、射出成形等により所望の曲面形状に成形される。
【００２１】
一方、表皮２２は、織布シートや不織布シート、又は合成樹脂シート等のシート材料が使用でき、所望ならばこれらシート材料の裏面にポリエチレンフォーム等のクッション層を裏打ちした積層シート材料を使用することもできる。そして、樹脂芯材２１の表面に表皮２２を貼付する方法としては、樹脂芯材２１の成形時に一体成形しても良く、また、バキューム成形等により別途表皮２２を貼付しても良い。
【００２２】
次いで、ドアトリムロア３０は、これも素材としては、ドアトリムアッパー２０における樹脂芯材２１の素材である熱可塑性樹脂と同一のものが使用できる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン（ＡＢＳ）樹脂等が使用できる。また、このドアトリムロア３０は、特にポケット開口１４の開口縁部の剛性を強化するために、中空部がドアポケット回りに形成されていても良い。
【００２３】
次に、ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア３０の接合構造については、ドアトリムアッパー２０の下縁に沿って適宜ピッチ間隔で取付孔２３が開設されているとともに、ドアトリムロア３０の接合縁の裏面には、上記取付孔２３のピッチ間隔に対応して溶着用ボス３１が立設されている。そして、溶着用ボス３１を取付孔２３内に挿入した後、溶着用ボス３１の先端を超音波溶着によりカシメ加工することで、ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア３０とが強固に接合一体化されている。尚、溶着用ボス３１に替えて、溶着用リブや爪を使用することもできる。
【００２４】
ところで、本発明方法の特徴は、ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア３０とを溶着用ボス３１の超音波溶着加工により両者を接合する際、溶着強度を充分確保できることは勿論のこと、ドアトリム１０の表面に余剰樹脂がバリとして流出することがなく、ドアトリム１０における外観意匠性を良好に保つことが特徴の一つである。
【００２５】
すなわち、図３に示すように、ドアトリムロア３０の裏面に突設形成した溶着用ボス３１は、ドアトリムアッパー２０の取付孔２３を通してその裏面側に突出され、溶着用ボス３１の先端部分は、超音波溶着加工によりカシメ部３２が形成されるとともに、超音波溶着用ホーンの容量以上の溶融樹脂は、余剰樹脂３３としてドアパネル４０と比較的クリアランスを大きく設定されたエリアに強制的に誘導されている。
【００２６】
そして、余剰樹脂３３を裏面側に強制的に誘導することにより、取付孔２３を通じてドアトリムロア３０側に余剰樹脂が流れ出すことがないため、ドアトリム１０表面にバリが形成されることがなく、良好な外観意匠性を維持することができる。更に、ドアトリムアッパー２０の裏面側に誘導される余剰樹脂３３は、ドアパネル４０との間のクリアランスが大きい部位に設定すれば、ドアパネル４０との干渉等の不具合も生じることがない。
【００２７】
次いで、溶着用ボス３１の超音波溶着加工方法において、図４乃至図７に基づいて説明する。まず、本発明方法に使用する超音波溶着用ホーン５０は、図４に示すように、先端面は図３に示すカシメ部３２の形状を付与できるように、中央部がやや突出した椀状の加工面５１が設定され、この加工面５１の湾曲形状によりホーン容量が決定される。そして、本発明に使用する超音波溶着用ホーン５０は、先端周縁の一部に切欠き５２が形成されている。
【００２８】
従って、図５に示すように、治具テーブル６０上にドアトリムロア３０を載置し、ドアトリムロア３０の溶着用ボス３１がドアトリムアッパー２０の取付孔２３内に嵌まり込むようにドアトリムアッパー２０をセットした状態で溶着用ボス３１の先端に図４に示す超音波溶着用ホーン５０を位置決めして、所定圧でプレスしながら所定の振動を加えれば、図６に示すように、溶着用ボス３１の先端部分は超音波溶着用ホーン５０の加工面５１に即した形状のカシメ部３２が形成されるとともに、ホーン容量以上の余剰樹脂３３は、超音波溶着用ホーン５０に設けた切欠き５２から外部に導入され、ドアトリムアッパー２０の裏面側に流出する。
【００２９】
このとき、ドアパネル４０とのクリアランス等を考慮して、余剰樹脂３３が流れ出しても、別段ドアパネル４０との干渉問題が生じない、図７中斜線で示す部位に余剰樹脂３３を誘導しようとすれば、超音波溶着用ホーン５０の切欠き５２を図中θの範囲内に位置決めすることで、バリとなる余剰樹脂３３を適切方向に誘導することができる。また、切欠き５２を大きく設定すれば、図８に示すように、一箇所から大量の余剰樹脂３３を流出させることができ、他部品との干渉という問題を有効に解決できる。
【００３０】
更に、超音波溶着用ホーン５０の先端部分に複数の切欠き５２を設定した場合、例えば、図９に示すように、４方位に４つの切欠き５２を設ければ、超音波接合時には、各切欠き５２から４方位に余剰樹脂３３は流出するものの、図１０に示すように、余剰樹脂３３の高さを低く抑えることができる。
【００３１】
このように、本発明による超音波接合方法によれば、樹脂バリが製品表面側に現われることがなく、外観性能を良好に維持できるとともに、特に、余剰樹脂３３の流出方向を超音波溶着用ホーン５０の切欠き５２の向きを調整することで簡単に制御でき、また、超音波溶着用ホーン５０に設ける切欠き５２の大きさや数を変更することで、余剰樹脂３３の流出量や形状等を調整できることから、製品表面側への樹脂の漏出を確実に防止できるとともに、隣接する車体パネルや隣接する部品との干渉という不具合も有効に解決できる。
【００３２】
加えて、余剰樹脂３３を有効に制御できることから、超音波溶着用ホーン５０の下降ストローク量や加工時間等、条件面を従来に比べて比較的ラフに設定することもでき、超音波溶着加工における工程管理を容易に行なえ、しかも、トライアル工数も低減できるという利点がある。
【００３３】
尚、以上説明した実施形態は、ドアトリムアッパー２０とドアトリムロア３０との上下二分割体からなるドアトリム１０に本発明方法を適用したものであるが、ドアトリムの背面にポケットバックカバーを超音波溶着固定する場合や、アッパーメンバーとロアメンバーとからなるリヤサイドトリム，ラゲージサイドトリム等に有効に適用することができる。その他、電気製品等、樹脂部品の突部を溶着する構造のもの全般に利用できる。また、取付孔を有する部品は必ずしも樹脂部品である必要はないが、双方を同一系統の樹脂材料で統一すれば、相互の相溶性により、接合強度が強固なものとなるため、有利である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係る樹脂部品の超音波接合方法は、超音波溶着用ホーンの先端部分に余剰樹脂を強制的に外部に流出させる切欠きを設定し、超音波溶着用ホーンの容量以上の余剰樹脂を相手部品の裏面側に積極的に誘導するというものであるから、製品表面側に余剰樹脂がバリとなって流出することがなく、超音波溶着固定部付近の表面外観を良好に維持できるという効果を有する。
【００３５】
更に、本発明に係る樹脂部品の超音波接合方法によれば、相手部品の裏面側に誘導される余剰樹脂は、超音波溶着用ホーンの先端部に設けた切欠きの向きを任意に調整することにより、余剰樹脂の流出方向を適宜制御できるため、隣接部品との間の干渉等が生じることがなく、合わせ精度を良好に維持できるという効果を有する。
【００３６】
また、本発明に係る樹脂部品の超音波接合方法によれば、余剰樹脂を切欠きを通じて相手部品の裏面側に強制的に誘導することで、超音波溶着加工時における加工条件を比較的ラフに設定でき、トライアル工数や管理工数を低減できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂部品の超音波接合方法を適用してドアトリムアッパーとドアトリムロアとを接合して製作した自動車用ドアトリムを示す正面図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示す自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波接合部を示す拡大図である。
【図４】本発明方法に使用する超音波溶着用ホーンの先端部分の形状を示す斜視図である。
【図５】図１に示す自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波溶着加工前の状態を示す説明図である。
【図６】図１に示す自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波接合時の状態を示す説明図である。
【図７】図１に示す自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアの超音波接合時における超音波溶着用ホーンの切欠きの位置関係を示す説明図である。
【図８】図１に示す自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアの超音波接合後の状態を示す断面図である。
【図９】複数の切欠きを設けた超音波溶着用ホーンによる超音波接合時の状態を示す平面図である。
【図１０】複数の切欠きを設けた超音波溶着用ホーンによる超音波接合時の状態を示す断面図である。
【図１１】従来の上下二分割構造の自動車用ドアトリムを示す分解図である。
【図１２】従来の自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアとの超音波接合要領を示す説明図である。
【図１３】従来の自動車用ドアトリムにおけるドアトリムアッパーとドアトリムロアの超音波接合時の不具合を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 自動車用ドアトリム
２０ ドアトリムアッパー
２１ 樹脂芯材
２２ 表皮
２３ 取付孔
３０ ドアトリムロア（樹脂部品）
３１ 溶着用ボス
３２ カシメ部
３３ 余剰樹脂（バリ）
４０ ドアパネル
５０ 超音波溶着用ホーン
５１ 加工面
５２ 切欠き
６０ 治具テーブル

Claims (2)

  1. 複数のトリムメンバー（２０，３０）における一方側の樹脂部品（３０）の裏面に溶着用突部（３１）が立設され、他方側のトリムメンバー（２０）に上記溶着用突部（３１）に対応して取付孔（２３）が開設され、この取付孔（２３）内に溶着用突部（３１）を挿入し、該溶着用突部（３１）の先端部分を超音波溶着用ホーン（５０）によりカシメ加工することで、複数のトリムメンバー（２０，３０）を接合一体化する樹脂部品の超音波接合方法において、前記超音波溶着用ホーン（５０）の先端部分に切欠き（５２）が形成されるとともに、超音波溶着時に生じる溶着用突部（３１）先端部分の余剰樹脂（３３）を上記切欠き（５２）を通して超音波溶着用ホーン（５０）対向側のトリムメンバー（２０）の裏面に誘導することを特徴とする樹脂部品の超音波接合方法。
  2. 前記超音波溶着用ホーン（５０）により溶着用突部（３１）の先端部分をカシメ加工する際、超音波溶着用ホーン（５０）に設けられている切欠き（５２）の設定位置を調整することで、超音波溶着時に生じる余剰樹脂（３３）の誘導方向を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂部品の超音波接合方法。
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