JP2007137030A - 振動溶着構造及び振動溶着方法 - Google Patents

振動溶着構造及び振動溶着方法 Download PDF

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Abstract

【課題】発泡層１２と樹脂製芯材１１とを備える第１の部材１０１の前記樹脂製芯材１１と、樹脂製の第２の部材１０２と、を固定側溶着治具５１及び可動側溶着治具５２の間で振動溶着するための振動溶着構造であって、両部材１０１・１０２を正確な位置で固定でき、その強度にも優れる振動溶着構造を提供する。
【解決手段】前記第１の部材１０１の前記樹脂製芯材１１に、振動溶着時に可動側溶着治具５２に設けられた支持体５３を当接させるためのリブ１５を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、少なくとも何れか一方に発泡層を備える２つの樹脂成形品を振動溶着により結合して成形品を製造するための振動溶着構造及び振動溶着方法に関する。
特許文献１は、樹脂成形品相互を突き合わせ、一方を固定側とし、他方を振動側とし、樹脂成形品相互の突合せ部分を治具で押さえ、振動溶着する構成を開示する。具体的には、第１あるいは第２の樹脂成形品のどちらかに、振動溶着機の支持治具で支持する複数の取付脚部を備え、一方の樹脂成形品を振動させて他方の樹脂成形品に前記取付脚部を溶着するようにした樹脂成形品であって、前記どちらかの樹脂成形品に設けた取付脚部の端面に振動方向と直交する溶着用凸部を設ける等することで、溶着部の溶着強度を所定のものに保持し、且つ位置精度を正確に保持できるとする。
特開２００１−１５０５５０号公報
ここで樹脂成形品の中には、柔らかい肌触り等を実現するために発泡層（ソフト層）を備えたり、その表面を覆う表皮を更に備えたりするものがある。このような成形品に特許文献１の振動溶着を適用した場合、振動溶着機が発生させる振動を発泡層が吸収してしまったり、振動を表皮の伸びやヨレで吸収してしまうことがあり、溶着部の溶着強度を確保することが難しかった。また、発泡層は弾性変形が容易であるため、上記の振動によって位置ズレが生じ易く、位置精度の確保も困難であった。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、少なくとも何れか一方に発泡層を備える２つの部材を、正確な位置で固定でき、その強度にも優れる振動溶着構造及び振動溶着方法を提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
本発明の第１の観点によれば、以下のように構成する振動溶着構造が提供される。発泡層と樹脂製芯材とを備える第１の部材の前記樹脂製芯材と、樹脂製の第２の部材と、を溶着治具間で振動溶着するための振動溶着構造であって、前記第１の部材の前記樹脂製芯材に、振動溶着時に前記溶着治具に設けられた支持体に当接可能なリブを設ける。
なお、「当接可能」とは、当接していないが当接可能である場合と、実際に当接している場合と、の両方を含む。これは以後においても同様である。
この構成により、第１の部材の樹脂製芯材がリブ及び支持体を介して溶着治具に位置決めされることになり、しかも凸状のリブと支持体との当接により樹脂製芯材の位置ズレを確実に制限できる。従って、２つの部材を正確な位置で振動溶着することができる。
前記の振動溶着構造においては、前記リブは前記支持体の先端を囲むように設けられ、前記支持体には、先端に向かって狭くなるような傾斜面を形成し、この傾斜面が前記リブに当接するように構成することが好ましい。
この構成により、リブと支持体の接触が確実になり、第１の部材の樹脂製芯材の位置決めを確実に行える。また、支持体には傾斜面が設けられているので、リブの内部に支持体を差し込むのも容易である。
前記の振動溶着構造においては、前記第１の部材の前記支持体によるクランプ時に、当該支持体の先端が前記リブの内部空間に差し込まれ、かつ、その差込量が前記発泡層の厚みの１／２以上であることが好ましい。
この構成により、振動溶着時に溶着治具間で強く加圧され、第１の部材の発泡層が相当に潰れても、なおリブの内部空間に支持体の先端があることが確保される。従って、第１の部材の樹脂製芯材の位置決めを確実に行うことができる。
前記の振動溶着構造においては、以下のように構成することが好ましい。前記第１の部材は前記発泡層を覆う表皮を備える。当該表皮に対し保護層を剥離可能に貼設し、この保護層が前記溶着治具に接触するようにセットされる。
この構成により、表皮を保護テープによって保護することができ、振動によって表皮にヨレや皺が生じたり、表皮が溶着治具に衝突して跡が付いたり損傷したりすることを防止できる。また、表皮の伸び、ヨレ等を保護層によって防止できるので、その分だけ樹脂製芯材を効果的に振動させることができ、優れた溶着強度を実現できる。
本発明の第２の観点によれば、以下のような振動溶着方法が提供される。即ち、発泡層と樹脂製芯材とを備える第１の部材の前記樹脂製芯材と、樹脂製の第２の部材と、を溶着治具間で振動溶着する。前記第１の部材の前記樹脂製芯材にリブを設けて、前記溶着治具に設けられた支持体を前記リブに当接可能とし、この状態で振動溶着させる。
この方法により、第１の部材の樹脂製芯材がリブ及び支持体を介して溶着治具に位置決めされることになり、しかも凸状のリブと支持体とが当接することで樹脂製芯材の位置ズレを確実に制限できる。従って、２つの部材を正確な位置で振動溶着することができる。
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は互いに振動溶着されてコンソールリッドを構成する２つの部材を示す斜視図、図２は図１のII−II断面矢視図、図３は第１の部材の表皮に保護テープを貼設する様子を示す斜視図、図４は振動溶着装置により２つの部材を振動溶着する様子を示す断面図である。
図１には樹脂成形品としてのコンソールリッドの半製品としての第１の部材１０１及び第２の部材１０２が示され、図１のII−II断面図としての図２に示すように、前記第１の部材１０１は、樹脂製芯材１１と、その上面（表面）を覆う弾性変形可能なソフト層（発泡層）１２と、このソフト層１２の表面を更に覆う表皮１３と、を備えている。なお、図１及び図２においては、第１の部材１０１及び第２の部材１０２は上下を逆にした状態で描かれている。
図１や図２に示すように、第１の部材１０１の表皮１３上には、ほぼ全面にわたって保護テープ（保護層）２０が貼着されている。なお、図３には、表皮１３に保護テープ２０を貼着する様子を示している。この保護テープ２０は、本実施形態では可撓性を有するフィルム状のテープに構成されるとともに、一側の面には粘着層が設けられている。この粘着層としては接着強度の弱いものを採用しており、後述する振動溶着後に保護テープ２０を表皮１３から剥離可能とするとともに、その剥離時に表皮１３上の塗料や毛等を剥がしてしまわないように配慮されている。
図１や図２に示すように、前記第１の部材１０１の樹脂製芯材１１の下面（裏面）には、複数個の円筒状のリブ１５を備えている。それぞれのリブ１５は、樹脂製芯材１１から一体的に突設されている。一方、この第１の部材１０１に振動溶着される第２の部材１０２は、樹脂製の部材とされるとともに、前記リブ１５に対応する位置に挿通孔１６が形成されている（図１を参照）。そして、第２の部材１０２を第１の部材１０１の裏面に振動溶着する際は、前記リブ１５が前記挿通孔１６を挿通するように構成されている。
次に、上記の両部材１０１・１０２を振動溶着するための振動溶着装置を図４を用いて説明する。この振動溶着装置５０は、固定側溶着治具５１と、この固定側溶着治具５１に対して所定の方向（矢印Ａ）に所定振幅で振動させることが可能な可動側溶着治具５２と、を主要な構成として備えている。また、可動側溶着治具５２には、前記第１の部材１０１の前記表皮１３に沿う凹状の接触面（セット面、載置面）５５が備えられている。
固定側溶着治具５１は図略の機構によって昇降可能に構成されている。この構成で、固定側溶着治具５１と可動側溶着治具５２との間に第１の部材１０１及び第２の部材１０２を挟み込むようにして上下方向に加圧し、この状態で可動側溶着治具５２を適宜のストロークで前記Ａ方向に振動させて、第１の部材１０１の樹脂製芯材１１と第２の部材１０２とを振動溶着できるように構成されている。
図４は、前記第１の部材１０１を上下裏返した状態で可動側溶着治具５２にセットし、その上から、固定側溶着治具５１に取り付けた状態の第２の部材１０２を押し付けた状態を示している。第１の部材１０１から突出するリブ１５は、第２の部材１０２の挿通孔１６を介して、上側に露出している。
前記可動側溶着治具５２には、棒状の支持体５３が固定される。この支持体５３は、前記第１の部材１０１を可動側溶着治具５２の前記接触面５５へ押し付けてクランプするためのものであって、その先端（下端）は凹状の前記接触面５５の内部空間へ延出して、前記リブ１５の内部に若干差込可能に構成されている。支持体５３は、リブ１５の数と同じ数だけ設けられている。
ここで、本実施形態においては前述したように第１の部材１０１がソフト層１２を備えているため、振動溶着時に可動側溶着治具５２の振動がソフト層１２によって吸収・減衰されてしまい、単に固定側溶着治具５１で下方に加圧するだけでは可動側溶着治具５２から樹脂製芯材１１へ振動が伝わりにくく、溶着強度が弱化してしまう。この点に鑑み、本実施形態では、固定側溶着治具５１の加圧力を大きくすると同時に、第１の部材１０１を支持体５３によって可動側溶着治具５２に対しクランプすることで、樹脂製芯材１１に振動を効果的に伝播させることとしている。
なお、クランプ時の支持体５３の加圧力は、例えば３０００Ｎとされる。一方、振動溶着時の固定側溶着治具５１の加圧力は１００００Ｎ程度であり、クランプ時の支持体５３の加圧力よりも相当に大きい。従って、振動溶着時には、固定側溶着治具５１の加圧によってソフト層１２が潰れて樹脂製芯材１１が若干沈み込む形となり、前記支持体５３の先端が樹脂製芯材１１から相対的に浮くことになる。
この点、本実施形態では、前記支持体５３の先端部がクランプ時に前記リブ１５の内部に適宜の量だけ差し込まれるように構成している。これにより、固定側溶着治具５１での加圧によって樹脂製芯材１１が若干沈み込んでも、支持体５３の先端がリブ１５の内部に位置している限り支持体５３とリブ１５は当接可能であり、第１の部材１０１の樹脂製芯材１１の位置ズレが効果的に防止される。この結果、第１の部材１０１と第２の部材１０２を正確な位置で振動溶着できるとともに、樹脂製芯材１１を可動側溶着治具５２とともに確実に振動させることで、良好な溶着強度を実現することができる。
また、前記支持体５３の先端部は截頭円錐状に構成されており、支持体５３によるクランプ時（固定側溶着治具５１による加圧前）に、そのテーパ状に形成した円錐面（先端に向かって狭くなる傾斜面）５４が、前記リブ１５の先端側の内周面に当接するように構成されている。従って、前記リブ１５の内部に支持体５３を差し込み易くなり、支持体５３のスムーズなクランプ動作を実現することができる。
また本実施形態では、クランプ時（固定側溶着治具５１による加圧前）において、前記支持体５３のリブ１５内への差込量ｘは、当該ソフト層１２の厚みの１／２以上となっている。これにより、ソフト層１２の固さにも拠るが、固定側溶着治具５１による加圧によって樹脂製芯材１１が沈み込んでも、支持体５３の先端を確実にリブ１５内に差し込んだ状態とし、樹脂製芯材１１を可動側溶着治具５２に対して良好に位置決めすることができる。なお、上記の円錐面５４のテーパ角度（傾斜面の傾斜角度）は、リブ１５内への差込み易さと、固定側溶着治具５１による加圧によるソフト層１２の潰れ時の当該樹脂製芯材１１の位置拘束とを両立する観点から、５°前後とすることが好ましい。
また、本実施形態では、剥離可能な保護テープ２０が前記表皮１３を覆うように貼設され、この保護テープ２０が前記可動側溶着治具５２の接触面５５に接触するように（表皮１３と可動側溶着治具５２との間に保護テープ２０が介在されるように）、第１の部材１０１が振動溶着装置５０にセットされる。従って、表皮１３を保護テープ２０によって保護することができ、振動によって表皮１３にヨレや皺が生じたり、振動する可動側溶着治具５２に表皮１３が衝突して表皮１３に跡が付いたり損傷を生じたりすることを防止できる。また、表皮１３が伸び・ヨレを生じたりズレたりしないよう保護テープ２０によって固定することで、その分だけ可動側溶着治具５２の振動を樹脂製芯材１１へ効果的に伝達することが可能になり、優れた溶着強度を実現できる。言い換えれば、従来より小さな振幅や固定側溶着治具５１の加圧力でも、十分な溶着強度を実現することができる。なお、本発明者が実験したところ、保護テープ２０なしでは固定側溶着治具５１の加圧力が１００００Ｎ、可動側溶着治具５２の振幅が２ｍｍ必要であったところが、表皮１３に保護テープ２０を貼設した状態では、加圧力８０００Ｎ、振幅１．５ｍｍで同等の溶着強度が得られるとのデータが得られた。
なお、前記保護テープ２０の厚みは、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。２０μｍ未満であると、振動時の熱や振幅力によって破れが生じ易く、一方で５０μｍを上回ると、保護テープ２０の皺が表皮１３に転写され易くなってしまうからである。
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、以上の構成は一例であって、例えば以下のように変更することができる。
リブ１５の形状は、図１のような円筒状のみならず、三角形、矩形等、適宜の形状に変更することができる。また、支持体５３の先端形状も、三角錐、四角錘等、リブ１５の形状に応じて適宜の形状とすることができる。
第１の部材１０１を、可動側溶着治具５２ではなく固定側溶着治具５１にセットし、支持体を介してクランプするように構成することができる。
保護テープ２０を貼設せずに可動側溶着治具５２に第１の部材１０１をセットするように変更することができる。ただし、表皮１３の保護等の観点からは保護テープ２０を貼設した状態でセットすることが好ましい。
上記の実施形態では発泡層１２を備えるのは第１の部材１０１のみであったが、本発明の振動溶着構造は、２つの部材１０１・１０２の双方に発泡層を備える場合にも適用することができる。
互いに振動溶着されてコンソールリッドを構成する２つの部材を示す斜視図。 図１のII−II断面矢視図。 第１の部材の表皮に保護テープを貼設する様子を示す斜視図。 振動溶着装置により２つの部材を振動溶着する様子を示す断面図。
符号の説明
１１ 樹脂製芯材
１２ ソフト層（発泡層）
１３ 表皮
１５ リブ
１６ 挿通孔
２０ 保護テープ（保護層）
５０ 振動溶着装置
５１ 固定側溶着治具
５２ 可動側溶着治具
５３ 支持体
５５ 接触面
１０１ 第１の部材
１０２ 第２の部材
Ａ 可動側溶着治具の振動方向
ｘ 支持体の差込量

Claims (5)

  1. 発泡層と樹脂製芯材とを備える第１の部材の前記樹脂製芯材と、樹脂製の第２の部材と、を溶着治具間で振動溶着するための振動溶着構造であって、
    前記第１の部材の前記樹脂製芯材に、振動溶着時に前記溶着治具に設けられた支持体に当接可能なリブを設けたことを特徴とする振動溶着構造。
  2. 請求項１に記載の振動溶着構造であって、
    前記リブは前記支持体の先端を囲むように設けられ、前記支持体には、先端に向かって狭くなるような傾斜面を形成し、この傾斜面が前記リブに当接するように構成したことを特徴とする振動溶着構造。
  3. 請求項１又は２に記載の振動溶着構造であって、
    前記第１の部材の前記支持体によるクランプ時に、当該支持体の先端が前記リブの内部空間に差し込まれ、かつ、その差込量が前記発泡層の厚みの１／２以上であることを特徴とする振動溶着構造。
  4. 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の振動溶着構造であって、
    前記第１の部材は前記発泡層を覆う表皮を備えるとともに、
    当該表皮に対し保護層を剥離可能に貼設し、この保護層が前記溶着治具に接触するようにセットされることを特徴とする振動溶着構造。
  5. 発泡層と樹脂製芯材とを備える第１の部材の前記樹脂製芯材と、樹脂製の第２の部材と、を溶着治具間で振動溶着する振動溶着方法であって、
    前記第１の部材の前記樹脂製芯材にリブを設けて、前記溶着治具に設けられた支持体を前記リブに当接可能とし、この状態で振動溶着させることを特徴とする振動溶着方法。
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