JP2005324362A - 超音波ホーン - Google Patents

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Masaki Sato
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Abstract


【課題】 かしめ工程に要する時間を短縮化できる超音波ホーンを提供することを目的とする。
【解決手段】 合成樹脂材料にて一体に形成されたアッパトリム２に貫通したかしめ孔２２に、合成樹脂材料にて一体に形成されたミディアムトリム３に立設されたボス部３２を挿通させた後、その先端部に超音波ホーン６０の当接部６１を当接させる。当接部６１に形成された壁部６４は、ボス部３２の先端部の一部を押圧するとともに超音波振動を与えて溶融させ、ボス部３２を切り込んでその内部に進入する。溶融したボス部３２は、当接部６１の凹部６３内に流れ込んでかしめ部３５を形成する。かしめ部３５が冷却されて硬化することにより、アッパトリム２とミディアムトリム３とのかしめが完了する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、超音波かしめに使用する超音波ホーンに関する。
互いに合成樹脂材料にて形成された一対の部材のうち、一側の部材に形成されたボス部を他側の部材に挿通し、その後、ボス部の先端部に超音波ホーンを当接させ、ボス部を溶融させてかしめ、双方の部材を互いに固定する従来技術があった（例えば、特許文献１参照。）。この従来技術による超音波ホーンは、その椀形状を呈した先端部の全面がボス部を押圧して溶融させるものであり、ボス部を押圧するための面圧がさほど大きくなく、かしめ工程に長い時間を要するものであった。かしめ工程に要する時間を短くするために超音波ホーンによりボス部を押圧する荷重を増大させようとすると、増大された荷重に耐えうるためにボス部を大型化しなければならず、部材全体の巨大化を招いていた。
実開平５−２９３７号公報（第１図）
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、かしめ工程に要する時間を短縮化できる超音波ホーンを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、第１部材の貫通孔に第２部材に立設されたボス部を挿通させた後、前記ボス部の先端部に当接して前記ボス部を超音波振動させ、これにより前記ボス部を溶融させて前記第２部材を前記第１部材にかしめる超音波ホーンにおいて、前記ボス部との当接部には、前記ボス部の先端部の一部を押圧する突起部を備えることを特徴とする超音波ホーンとした。
請求項２の発明は、前記当接部には前記ボス部の反対側に窪んだ凹部が形成されており、前記突起部は前記凹部から突出していることを特徴とする請求項１記載の超音波ホーンとした。
請求項３の発明は、前記ボス部の先端部にはその軸方向に延びる縦孔が形成され、前記当接部には前記縦孔に挿入される突出部が形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波ホーンとした。
請求項４の発明は、第１部材の貫通孔に第２部材に立設されたボス部を挿通させた後、前記ボス部の先端部に当接して前記ボス部を超音波振動させ、これにより前記ボス部を溶融させて前記第２部材を前記第１部材にかしめる超音波ホーンにおいて、前記ボス部との当接部には、前記ボス部に向けて突出して形成され前記ボス部の先端部の一部を押圧して切り込み、前記先端部を複数に分割する壁部を備えることを特徴とする超音波ホーンとした。
請求項５の発明は、前記壁部の前記ボス部との当接側端部は傾斜していることを特徴とする請求項４記載の超音波ホーンとした。
請求項６の発明は、前記当接部の周縁部には前記第１部材と当接してその移動を規制するストッパ部が形成され、前記壁部は前記ストッパ部よりも突出していることを特徴とする請求項４または請求項５記載の超音波ホーンとした。
請求項７の発明は、少なくとも前記当接部がアルミニウム合金によって形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超音波ホーンとした。
＜請求項１の発明＞
超音波ホーンのボス部との当接部に、ボス部の先端部の一部を押圧する突起部を備える構成としたことにより、当接部が突起部を介してボス部の先端部を押圧する面圧を増大させることができ、ボス部を溶融させる速度を大きくして、かしめ工程に要する時間を短縮できる。
＜請求項２の発明＞
当接部にはボス部の反対側に窪んだ凹部が形成されており、突起部は凹部から突出している構成としたことにより、溶融した樹脂材料が凹部に流入して、所定の厚みを有するかしめ部が形成されるため、かしめ強度を向上させることができる。
＜請求項３の発明＞
ボス部の先端部にはその軸方向に延びる縦孔が形成され、当接部には縦孔に挿入される突出部が形成された構成としたことにより、ボス部と超音波ホーンとの位置合わせを容易に行うことができる。
＜請求項４の発明＞
超音波ホーンのボス部との当接部に、ボス部に向けて突出して形成されボス部の先端部の一部を押圧して切り込み、先端部を複数に分割する壁部を備える構成としたことにより、当接部がボス部の先端部を押圧する面圧を増大させることができるとともに、ボス部の先端部を複数に分割して内部に壁部が進入するため、ボス部を溶融させる速度を大きくでき、かしめ工程に要する時間の短縮化を可能とする。
＜請求項５の発明＞
壁部のボス部との当接側端部が傾斜している構成としたことにより、壁部の一部分がボス部の先端部に当接するため、ボス部の先端部を押圧する面圧を更に増大させることができ、かしめ工程に要する時間をいっそう短縮化できる。
＜請求項６の発明＞
当接部の周縁部には第１部材と当接してその移動を規制するストッパ部が形成され、壁部はストッパ部よりも突出している構成としたことにより、ストッパ部が第１部材に当接して超音波ホーンが停止した時、壁部が常に所定量だけボス部の先端部を切り込むことができるため、かしめ工程に要する時間の短縮を安定化できる。
＜請求項７の発明＞
少なくとも当接部がアルミニウム合金によって形成された構成としたことにより、当接部の熱伝導率を高くすることができるため、かしめ後に後退させた超音波ホーンの当接部に、溶融した樹脂材料が付着することを防ぐことができる。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１乃至図１０によって説明する。車両ドアのトリムボード１（図１および図２示）は、いずれもポリプロピレン等の合成樹脂材料にて射出成形された３つの板状部材２、３、４にて構成されている。図２および図３に示すように、アッパトリム２（本発明の第１部材に該当する）の下端部は、その断面形状がクランク状に形成されることにより平面状のかしめ座面２１が設けられ、このかしめ座面２１を貫通するように、数個のかしめ孔２２（本発明の貫通孔に該当する）が車輌ドアの前後方向に並んで形成されている。
一方、ミディアムトリム３（本発明の第２部材に該当する）の上端部には車輌ドアの前後方向に延びた上端リブ３１が形成され、その下方には車両ドアの内部に向けて、かしめ用のボス部３２が一体に立設されている。ボス部３２は車輌ドアの前後方向に数個が並ぶように設けられ、その先端部の中心部に軸方向に延びる縦孔３３が設けられることにより円筒形状に形成されている。各々のボス部３２のミディアムトリム３との接合部には、ボス部３２とミディアムトリム３とに連結するように、４個のボスリブ３４が一体に形成されている。ボスリブ３４は、それぞれ所定の高さを有しており、ボス部３２の軸方向から見て十字状に配置されている。ミディアムトリム３のボス部３２は、アッパトリム２のかしめ孔２２に挿通された後、後述するようにその先端部がかしめられ、双方のトリム２、３が連結される。尚、図２および図３に示すように、ミディアムトリム３とロアトリム４の接合方法も上述した内容と同様であるため説明は省略する。
図４に示すように、超音波かしめ装置５は交流電源５１と電気的に接続され、超音波周波数で周期的に変化する電気信号を発生させる発振器５２と、発振器５２と接続されて電気信号の変化を機械的な振動に変換する振動子５４を備えている。振動子５４は圧電素子により構成されており図４において上下方向に振動を繰り返し、その下方にはブースタ５５を介して超音波ホーン６０が接続されている。これにより、振動子５４による超音波振動は、ブースタ５５によりその振幅が増幅され、超音波ホーン６０へ上下方向の振動として伝達される。更に、振動子５４がその上方においてエアシリンダによるアクチュエータ５３と連結されることにより、超音波ホーン６０が振動子５４とともに上下方向に所定のストロークで移動される。
図５に示すように、超音波かしめ装置５の下端に配置された超音波ホーン６０はジュラルミンによって一体に設けられ、その先端部は円柱状に形成されている。超音波ホーン６０の下端部に配置されたボス部３２との当接部６１は、その外周縁部に真円状に連続したストッパ部６２を備えている。ストッパ部６２の内周側には、ストッパ部６２よりも所定量だけ上方（ボス部３２に対して反対側）に窪んだ凹部６３が形成されている。また、凹部６３からは下方に向けて４個の壁部６４（本発明の突起部にも該当する）が突出しており、換言すれば凹部６３は壁部６４により４つに区画されている。壁部６４は下方から見て放射状に配置されて当接部６１の周縁部においてストッパ部６２と連続しており、隣接したもの同士は互いに直角となるように並んでいる。各々の壁部６４のボス部３２への当接側端部（下端部）はストッパ部６２よりも下方に突出しており、当接部６１の中心から周縁部へと行くにつれて上方へ傾斜している（図６示）。
更に、当接部６１の中心部には、壁部６４と連続するように凹部６３から下方へ突き出た突出部６５が形成されている。突出部６５は上述したボス部３２の縦孔３３に挿入されるように円柱状に形成されている。尚、図６から明らかなように、壁部６４により４個に区画された凹部６３は、ストッパ部６２および突出部６５とにより囲まれることにより椀状に窪んでいる。
以下、図６乃至図１０に基づいて、本実施形態による超音波ホーン６０を用いたかしめ方法について説明する。最初に、超音波ホーン６０の下方に設置され上面が平面とされたかしめ治具５６上に、かしめ前のミディアムトリム３がボス部３２が上方に延びるように置かれる。その次に、かしめ孔２２にボス部３２がそれぞれ挿通されるように、ミディアムトリム３上にアッパトリム２を載置する（図６示）。この時、アッパトリム２はミディアムトリム３のボスリブ３４および上端リブ３１に当接して、その上下方向の位置が決定される。
次に、振動子５４によって、例えば、周波数：４０ｋＨｚ、振幅：３６μｍで加振された超音波ホーン６０は、アクチュエータ５３の作動により所定量だけ下方へと移動させられ、その当接部６１の中心部にある突出部６５がボス部３２の縦孔３３に挿入されるとともに、壁部６４がボス部３２の先端部（上端部）に当接する。ボス部３２への当接により、壁部６４がその先端部の一部を、例えば、２５ｋｇｆの荷重で押圧しながら超音波振動を加え、それによって発生する熱によってボス部３２の先端部を溶融させる。壁部６４は溶融されたボス部３２の内部へと切り込んで先端部を複数に分割し、ボス部３２の内部をも溶融させていく（図７示）。壁部６４はボス部３２の先端部の一部に線当たりして、これを押圧するため、その押圧している部位の面圧（単位面積当たりの荷重）を増大させることができ、ボス部３２の溶融を速くすることが可能となる。
下方へ移動した超音波ホーン６０はやがて最下点に達し、ストッパ部６２の下端部がアッパトリム２の上面に当接することによりその下降が停止する。また、溶融したボス部３２の先端部は当接部６１の凹部６３内に流れ込むことにより、凹部６３の形状にならって上面が球状の４個のかしめ部３５が形成される（図８示）。それとともに、アッパトリム２のかしめ座面２１のかしめ部３５との当接面も、溶融したボス部３２からの熱の伝播を受けて溶融し、かしめ部３５と混合（相溶）する。
超音波ホーン６０は最下点において所定時間だけ停止してから、再びアクチュエータ５３により上昇させられる。超音波ホーン６０が最下点にて静止している間に、かしめ部３５およびこれとアッパトリム２のかしめ座面２１の当接面は自然冷却されて硬化し、アッパトリム２はかしめ部３５とボスリブ３４との間で挟持され、ミディアムトリム３に強固にかしめられる（図９および図１０示）。
本実施形態によれば、超音波ホーン６０のボス部３２との当接部６１に、ボス部３２に向けて突出して形成され、ボス部３２の先端部の一部に線当たりし、これを押圧して切り込み、先端部を複数に分割する壁部６４を備える構成としたことにより、当接部６１がボス部３２の先端部を押圧する面圧を増大させることができるとともに、ボス部３２の先端部を複数に分割して内部に壁部６４が進入するため、ボス部３２を溶融させる速度を大きくでき、かしめ工程に要する時間の短縮化を可能とする。また、ボス部３２の当接部６１との接触面積が減少するため、ボス部３２に発生した熱が外部に逃げ難く、その溶融を早めることができる。また、ボス部３２の溶融が速まることにより、超音波ホーン６０からの押圧力に対するボス部３２の負担を軽減できる。また、当接部６１にはボス部３２の反対側に窪んだ凹部６３が形成されており、壁部６４は凹部６３から突出している構成としたことにより、溶融した樹脂材料が凹部６３に流入して、所定の厚みを有するかしめ部３５が形成されるため、かしめ部３５の強度を向上することができる。また、かしめ部３５の上面が球状を呈することにより、その見栄えを向上させることもできる。
また、ボス部３２の先端部にはその軸方向に延びる縦孔３３が形成され、当接部６１には縦孔３３に挿入される突出部６５が形成された構成としたことにより、ボス部３２と超音波ホーン６０との位置合わせを容易に行うことができる。また、壁部６４の下端部が傾斜している構成としたことにより、それぞれの壁部６４の一部分がボス部３２の先端部に当接するため、ボス部３２の先端部を押圧する面圧を更に増大させることができ、かしめ工程に要する時間をいっそう短縮化できる。また、当接部６１の周縁部にはアッパトリム２と当接してその移動を規制するストッパ部６２が形成され、壁部６４はストッパ部６２よりも突出している構成としたことにより、ストッパ部６２がアッパトリム２と当接して超音波ホーン６０が停止した時、壁部６４が常に所定量だけボス部３２の先端部を切り込むことができるため、かしめ工程に要する時間の短縮を安定化できる。更に、超音波ホーン６０はジュラルミンによって形成された構成としたことにより、当接部６１の熱伝導率を高くすることができるため、かしめ後に後退させた超音波ホーン６０の当接部６１に、溶融した樹脂材料が付着することを防ぐことができる。
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を図１１乃至図１５によって説明する。説明は、第１実施形態に対する相違点を中心に行う。本実施形態による超音波ホーン７０の下端部に配置された当接部７１は、上述した超音波ホーン６０と同様に、その外周縁部に真円状に連続したストッパ部７２を備えている。ストッパ部７２の内周側にはストッパ部７２よりも所定量だけ上方（ボス部３２に対して反対側）に窪んだ凹部７３が形成されており、凹部７３からは下方に向けて６個の突起部７４が突出している（図１１示）。更に、当接部７１の中心部には、凹部７３から下方へ突き出た突出部７５が形成されている。突出部７５は上述したボス部３２の縦孔３３に挿入されるように、円柱状に形成されている。尚、図１２から明らかなように、凹部７３はストッパ部７２および突出部７５とにより囲まれることにより、その上面が球面に形成されている。
図１２に示すように、超音波ホーン７０が下降して当接部７１がボス部３２の先端部に当接すると、突起部７４が先端部の一部を押圧するとともに超音波振動を加えることにより溶融させ、ボス部３２の内部へと進入していく（図１３示）。第１実施形態のものと同様に、溶融されたボス部３２の先端部は当接部７１の凹部７３内に流れ込むことにより、その形状にならって上面が球状で円周上に連続したかしめ部３５Ａが形成される（図１５示）。それとともに、アッパトリム２のかしめ座面２１のかしめ部３５Ａとの当接面も、溶融したボス部３２からの熱の伝播を受けて溶融し、かしめ部３５Ａと混合する。かしめ部３５Ａおよびこれとアッパトリム２のかしめ座面２１の当接面は自然冷却されて硬化し、アッパトリム２はボス部３２に強固にかしめられる（図１４および図１５示）。尚、図に示されたように、かしめ部３５Ａの上面には、突起部７４が進入した形跡である６個の窪み部３６が残っている。
本実施形態によれば、超音波ホーン７０のボス部３２との当接部７１に、ボス部３２の先端部の一部に点当たりし、これを押圧する突起部７４を備える構成としたことにより、当接部７１が突起部７４を介してボス部３２の先端部を押圧する面圧を増大させることができ、ボス部３２を溶融させる速度を大きくして、かしめ工程に要する時間を短縮できる。
＜他の実施形態＞
本発明は上述の記載および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、以下の記載のもの以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）第１実施形態に示した超音波ホーン６０の壁部６４の数はいくつであってもよく、また、必ずしも放射状に配置する必要はなく、任意の配列が可能である。更に、第２実施形態に示した超音波ホーン７０の突起部７４の数もいくつあってもよい。
（２）超音波ホーン６０、７０の材質はジュラルミンでなくとも、アルミニウム合金等の熱伝導率の大きい材質であればよく、また、下端部の当接部６１、７１のみを熱伝導率の大きい材質にしてもよい。
（３）壁部６４のボス部３２との当接側端部を鋭利な形状にすれば、ボス部３２にいっそう切り込みやすくなる。
（４）本発明による超音波ホーン６０、７０は、トリムボード１以外のあらゆる部材のかしめに適用可能である。
本実施形態によるトリムボードの正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 アッパトリムとミディアムトリムとの接合部を示す拡大斜視図である。 本実施形態による超音波かしめ装置の概略図である。 第１実施形態による超音波ホーンの当接部を示す拡大斜視図である。 図５に示した超音波ホーンを用いたかしめ方法を示すための図で、超音波ホーンをボス部の上方に配置したところを示す図である。 図６に示した超音波ホーンをボス部の先端部に当接させたところを示す図である。 図６に示した超音波ホーンによりボス部の先端部を溶融させているところを示す図である。 図６に示した超音波ホーンによるかしめが完了したところを示す図である。 図９に示したかしめ部の平面図である。 第２実施形態による超音波ホーンの当接部を示す拡大斜視図である。 図１１に示した超音波ホーンを用いたかしめ方法を示すための図で、超音波ホーンをボス部の先端部に当接させたところを示す図である。 図１２に示した超音波ホーンによりボス部の先端部を溶融させているところを示す図である。 図１２に示した超音波ホーンによるかしめが完了したところを示す図である。 図１４に示したかしめ部の平面図である。
符号の説明
２…アッパトリム
３…ミディアムトリム
２２…かしめ孔
３２…ボス部
３３…縦孔
３５、３５Ａ…かしめ部
６０、７０…超音波ホーン
６１、７１…当接部
６２、７２…ストッパ部
６３、７３…凹部
６４…壁部
６５、７５…突出部
７４…突起部

Claims (7)

  1. 第１部材の貫通孔に第２部材に立設されたボス部を挿通させた後、前記ボス部の先端部に当接して前記ボス部を超音波振動させ、これにより前記ボス部を溶融させて前記第２部材を前記第１部材にかしめる超音波ホーンにおいて、
    前記ボス部との当接部には、前記ボス部の先端部の一部を押圧する突起部を備えることを特徴とする超音波ホーン。
  2. 前記当接部には前記ボス部の反対側に窪んだ凹部が形成されており、前記突起部は前記凹部から突出していることを特徴とする請求項１記載の超音波ホーン。
  3. 前記ボス部の先端部にはその軸方向に延びる縦孔が形成され、前記当接部には前記縦孔に挿入される突出部が形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の超音波ホーン。
  4. 第１部材の貫通孔に第２部材に立設されたボス部を挿通させた後、前記ボス部の先端部に当接して前記ボス部を超音波振動させ、これにより前記ボス部を溶融させて前記第２部材を前記第１部材にかしめる超音波ホーンにおいて、
    前記ボス部との当接部には、前記ボス部に向けて突出して形成され前記ボス部の先端部の一部を押圧して切り込み、前記先端部を複数に分割する壁部を備えることを特徴とする超音波ホーン。
  5. 前記壁部の前記ボス部との当接側端部は傾斜していることを特徴とする請求項４記載の超音波ホーン。
  6. 前記当接部の周縁部には前記第１部材と当接してその移動を規制するストッパ部が形成され、前記壁部は前記ストッパ部よりも突出していることを特徴とする請求項４または請求項５記載の超音波ホーン。
  7. 少なくとも前記当接部がアルミニウム合金によって形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の超音波ホーン。
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