JP2004284329A - 成形品の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】部材同士の十分な接合強度及び気密性が確保される成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】流動化された成形材料を移動させながら供給し、成形しようとする部材の全部を包含すると同時に当該部材の外形に近似する容積の塊状となるように上下及び横方向に積み重ねた後に固化させ、切削加工等を行って塊状の成形材料の容積を削減することによりレーザ光８１を透過する第１の部材２０とレーザ光８１を吸収する３０とを成形するステップと、第１及び第２の部材２０、３０を重ね合わせ、当該部材２０、３０に対してレーザヘッド８０を接合代４０に沿って相対的に移動させながら、第１の部材２０側からレーザヘッド８０よりレーザ光８１を照射し、接合代４０において第２の部材３０の一部を溶融させることで、これら部材２０、３０同士を接合するステップとを少なくとも備えた成形品の製造方法において、第１の部材２０を成形するステップにおける成形材料の移動方向と、第１及び第２の部材２０、３０を接合するステップにおけるレーザ光８１の移動方向とを実質的に平行にして成形品を製造する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、流動化された成形材料を供給、積層及び固化させた後に削減されて成形された部材同士を、レーザ光照射により接合して形成される成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
既存設備を有効に活用して安価で容易な部材の成形方法を実現したものとして、流動化させた成形材料を、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）工作機の作業テーブル上に供給し、成形しようとする部材の全部を包含すると同時に当該部材の外形に近似する容積の塊状となるように積層した後に固化させ、ＮＣ工作機の加工ヘッドにより切削加工等を行って塊状の成形材料の容積を削減することにより部材を成形する成形方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような成形方法により成形された部材同士を接合する方法として、熱板溶着、振動溶着及び超音波溶着等を挙げることができるが、いずれの方法も比較的大型な装置を必要とし、設備が複雑になると共に設備コストを上昇させる要因となり、上記の成形方法を採用したメリットを十分に活かしきれないこととなる。
【０００４】
これに対し、小型な装置を用いて部材同士を接合する方法として、レーザ光を透過する（透過率が高い）一方の部材とレーザ光を吸収する（吸収率が高い）他方の部材とを重ね合わせ、一方の部材側からレーザ光を照射し、他方の部材の一部を溶融させることで、これら部材同士を接合する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
従って、安価で容易に成形品１０を製造する方法として、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＮＣ工作機の作業テーブル７１を図４（Ａ）の矢印方向に移動させながら、当該作業テーブル７１上に押出装置６０より流動化して略紐状となった成形材料４０を供給し、成形しようとする第１及び第２の部材２０、３０の全部を包含すると同時に、当該部材２０、３０の外形に近似する容積の塊状となるように横及び上下方向に積み重ねて積層した後に固化させ、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＮＣ工作機の加工ヘッド７２により切削加工等を行って塊状の成形材料４０の容積を削減することにより部材２０、３０を成形し、さらに、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、レーザ光８１を透過する第１の部材２０とレーザ光８１を吸収する第２の部材３０とを重ね合わせ、当該部材２０、３０に対してレーザヘッド８０を相対的に移動させながら、第１の部材２０側からレーザヘッド８０よりレーザ光８１を照射し、第２の部材３０の一部を溶融させることで、これら部材２０、３０同士を接合するする方法が有効と考えられる。
【０００６】
しかしながら、上記の成形方法において、固化後の積層２１間の接合強度を確保するために、成形材料４０が比較的高い温度で流動化されているため、流動化時に積層２１の表面が炭化されている。従って、図６（Ａ）に示すように、隣接する積層２１間には、茶褐色の炭化層が形成されており、特に、横方向に隣接している積層２１間に形成された炭化層２２は、レーザ光８１の照射方向と実質的に同一方向に広がっているため、レーザヘッド８０側から見て色彩が集積されて濃い茶褐色となっている。
【０００７】
このため、上記の製造方法により、単に２つの部材２０、３０を製造すると、移動しながら照射されたレーザ光８１と濃い茶褐色の炭化層２２とが交差する場合があり、レーザ光８１が当該炭化層２２に吸収され、第２の部材３０に到達せず、当該炭化層２２において、２つの部材２０、３０が接合されず接合強度に劣る場合がある。特に、内部に流体を流動させる目的で製造される成形品においては、当該接合されていない炭化層２２において気密性が確保されない。
【０００８】
【特許文献１】
国際公開第９７／２４２１７号パンフレット
【０００９】
【特許文献２】
特開昭６０−２１４９３１号公報
【００１０】
【発明の開示】
本発明は、流動化された成形材料を供給、積層及び固化させた後に削減されて成形された部材同士をレーザ光照射により接合して形成される成形品の製造方法に関し、特に部材同士の十分な接合強度及び気密性が確保される成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、流動化された成形材料を移動させながら供給し、成形しようとする部材の全部を包含すると同時にその外形に近似する容積の塊状となるように積層した後に固化させ、前記成形材料を削減することにより第１及び第２の部材を成形するステップと、前記第１及び第２の部材を重ね合わせ、前記第１及び第２の部材に対して相対的に移動させながら前記第１の部材側からレーザ光を照射し、前記第１の部材を透過した前記レーザ光を前記第２の部材又は前記第１及び第２の部材の間に介在する接着剤に吸収させて加熱させることにより前記第１及び第２の部材を接合して成形品を形成するステップとを少なくとも有し、前記第１の部材を成形するステップにおける前記成形材料の移動方向と、前記第１及び第２の部材を接合するステップにおける前記レーザ光の移動方向とが実質的に平行である成形品の製造方法が提供される。
【００１２】
本発明では、成形品を安価で容易に製造するために、流動化させた成形材料を移動させながら供給し、積層して固化させた後に、所望の形状に容積を削減することにより、成形品を構成する２つの第１及び第２の部材を成形し、さらに、当該第１及び第２の部材を重ね合わせた後に、レーザ光を移動させながら第１の部材側から照射させ、第２の部材の一部を溶融させて、第１の部材と第２の部材とを接合することにより成形品を形成する。そして、この製造過程において、第１の部材を成形するステップの成形材料の移動方向と、当該第１及び第２の部材を接合するステップのレーザ光の移動方向とを実質的に平行にして成形品を製造する。
【００１３】
これにより、第１の部材と第２の部材とを接合するステップにおいて、比較的高い温度で流動化されて形成された第１の部材の炭化層と、移動しながら照射されるレーザ光とが直交することがなくなり、レーザ光が第２の部材に到達することとなるので、第１の部材と第２の部材との十分な接合強度を確保することが可能となる。また、特に、内部に流体を流動させる目的で製造される成形品においては、第１の部材と第２の部材との間に十分な気密性を確保することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態に係る部材の押出積層工程を示す図であり、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は側面図、図１（Ｃ）は正面図、図２は本発明の実施形態に係る部材の切削工程を示す図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）は正面図、図３は本発明の実施形態に係る部材同士の接合工程を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側面図、図３（Ｃ）は正面図である。
【００１６】
本発明の実施形態に係る成形品の製造方法の一例として、キャブレタからシリンダへ混合気を配給するために車両等に用いられるインテークマニホールド１０の製造方法について説明する。
【００１７】
まず、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、インテークマニホールド１０を構成する第１の部材２０と第２の部材３０とを別体で成形する。
【００１８】
具体的には、まず、ＮＣ工作機の作業テーブル７１を移動させながら、溶融した樹脂から成る成形材料４０を、図１（Ａ）の矢印方向に沿うように、押出装置６０によりＮＣ工作機の作業テーブル７１上に略紐状に押し出して供給し、成形しようとする第１の部材２０の全部を包含すると同時に、当該第１の部材２０の外形に近似する容積の塊状となるように、横及び上下方向に積み重ねて積層する。なお、ＮＣ工作機の作業テーブル７１が上記の通り移動可能となっているため、溶融した成形材料４０を供給する押出装置６０が、当該作業テーブル７１に対して相対的に移動可能となっている。
【００１９】
この第１の部材２０を構成する材料としては、レーザ光を透過する染料で着色した合成樹脂を用いることができるが、例えばこの合成樹脂としてガラス繊維強化ポリアミド６を用いた場合には、積み重ねられた積層２１間の接合強度を確保するために、成形材料４０の温度を２８０℃以上とする必要があり、さらに積み重ねられるまでのタイムラグを考慮に入れると、押出装置６０からの押出直後の成形材料の表面の温度が２９０℃以上とする必要がある。従って、このように溶融している成形材料４０は、押出装置６０からＮＣ工作機の作業テーブル７１上で積層されるまでの間に、過加熱によりその表面に炭化層が形成される。なお、押出直後の温度が２８０℃以下とした場合には、積層２１間の接合強度が不十分であるため、後の機械加工等において積層２１間に亀裂等が生じる。
【００２０】
そして、押出装置６０からＮＣ工作機の作業テーブル７１上に、全ての成形材料４０が押し出されて、当該成形材料４０が、成形しようとする第１の部材２０の全部を包含すると同時に、当該第１の部材２０の外形に近似する容積の塊状となったら、当該作業テーブル７１をＮＣ工作機の加工ヘッド７２の近傍に移動させ、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ＮＣ工作機の加工ヘッド７２により切削加工等を行って塊状の成形材料４０の容積を削減することにより第１の部材２０、３０が成形される。なお、作業テーブル７１が押出装置６０の近傍からＮＣ工作機の加工ヘッド７２の近傍に移動する間に、成形材料４０が固化する。
【００２１】
上記と同様の方法により、押出装置６０及びＮＣ工作機を用いてインテークマニホールド１０の第２の部材３０を成形する。この第２の部材３０を構成する材料としては、レーザ光を吸収するようにカーボンブラックで着色された合成樹脂を用いることができる。
【００２２】
次に、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上記のように別体で成形された第１の部材２０と第２の部材３０とを、図３（Ａ）〜（Ｃ）においてハッチングで示される接合代４０で重ね合わせる。そして、ＮＣ工作機の作業テーブル７１を移動させることにより、図３（Ｃ）の矢印方向に沿って、即ち接合代４０に沿ってレーザヘッド８０を第１及び第２の部材２０、３０に対して相対的に移動させながら、第１の部材２０側から第１及び第２の部材２０、３０が重なり合う部分に、レーザヘッド８０よりレーザ光（ＹＡＧ）８１を照射する。この際、レーザヘッド８０から見た炭化層２２の茶褐色の濃淡は、炭化層２２同士の実質的に中間部に行く程薄くなり、レーザ光８１が炭化層２２に吸収されずに第２の部材３０に到達し易くなるため、この照射されるレーザ光８１は、第１の部材２０に形成された炭化層２２同士の実質的に中間部に照射される。このように照射されたレーザ光８１は、接合代４０における第２の部材３０の一部を溶融させ、第１の部材２０と第２の部材３０とが接合代４０で接合され、第１及び第２の部材２０、３０により成形品であるインテークマニホールド１０が形成される。
【００２３】
以上のように、成形品であるインテークマニホールド１０を形成する２つの部材２０、３０を成形する工程において流動化されて供給される成形材料の移動方向と、当該２つの部材２０、３０を接合する工程において照射されるレーザ光８１の移動方向とを実質的に平行とすることにより、レーザ光８１が第１及び第２の部材２０、３０に対して相対的に移動する際に、接合代４０の全周に亘り、照射されるレーザ光１８と炭化層２２とが交差することがなくなり、当該レーザ光８１が第１の部材２０を透過して、第２の部材３０に到達して吸収されるため、第１及び第２の部材２０、３０間の強固な接合が可能となる。特に、本実施形態のインテークマニホールド１０のように、内部に流体を流動させる目的で製造される成形品においては、第１の部材２０と第２の部材３０との間に十分な気密性を確保することが可能となる。
【００２４】
なお、第１の部材２０の成形工程において、上下に隣接している積層２１間にも、上記と同様の茶褐色の炭化層が形成されるが、当該炭化層はレーザ光の照射方向と直交するように広がり、レーザヘッド８０側から見て色彩が集積されずに非常に薄い茶褐色であるため、当該炭化層にレーザ光が吸収されることはない。
【００２５】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、実施形態では、第２の樹脂部材をレーザ光を吸収する材料から構成するものとして説明したが、本発明においては特にこれに限定されず、例えば、第１及び第２の部材のいずれも、レーザー光を透過する材料で構成し、これら部材間にレーザ光を吸収する接着剤を介在させて、レーザ光が当該接着剤に吸収されるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る部材の押出積層工程を示す図であり、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は側面図、図１（Ｃ）は正面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る部材の切削工程を示す図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）は正面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る部材同士の接合工程を示す図であり、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は側面図、図３（Ｃ）は正面図である。
【図４】図４は、従来の部材の押出積層工程を示す図であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は側面図、図４（Ｃ）は正面図である。
【図５】図５は、従来の部材の切削工程を示す図であり、図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）は側面図、図５（Ｃ）は正面図である。
【図６】図６は、従来の部材同士の接合工程を示す図であり、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は側面図、図６（Ｃ）は正面図である。
【符号の説明】
１０…インテークマニホールド（成形品）
２０…第１の部材
２１…積層
２２…炭化層
３０…第２の部材
４０…成形材料
５０…接合代
６０…押出装置
７１…ＮＣ工作機の作業テーブル
７２…ＮＣ工作機の加工ヘッド
８０…レーザヘッド
８１…レーザ光

Claims (2)

  1. 流動化された成形材料を移動させながら供給し、成形しようとする部材の全部を包含すると同時にその外形に近似する容積の塊状となるように積層した後に固化させ、前記成形材料を削減することにより第１及び第２の部材を成形するステップと、
    前記第１及び第２の部材を重ね合わせ、前記第１及び第２の部材に対して相対的に移動させながら前記第１の部材側からレーザ光を照射し、前記第１の部材を透過した前記レーザ光を前記第２の部材又は前記第１及び第２の部材の間に介在する接着剤に吸収させて加熱させることにより前記第１及び第２の部材を接合して成形品を形成するステップとを少なくとも有し、
    前記第１の部材を成形するステップにおける前記成形材料の移動方向と、前記第１及び第２の部材を接合するステップにおける前記レーザ光の移動方向とが実質的に平行である成形品の製造方法。
  2. 積層されて固化した前記第１の部材に形成された炭化層同士の実質的に中間部に、前記レーザ光を照射させる請求項１記載の成形品の製造方法。
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