JP2009202399A - 振動溶着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂母材に対して異なる材質の２以上の樹脂ワークを１回の工程で同時に溶着することができ、十分な溶け込み深さが得られるとともに、デフォームの発生を抑制する。
【解決手段】相対的に振動をするベース板２０及び振動板２２により、インストルメントパネル１２と収納ボックス１４、及び、インストルメントパネル１２とダクト部材１６とを層状に挟み込んで加圧及び加振をして溶着する。ベース板２０の載置部２０ａにはウレタン材の保護材２４が設けられている。保護材２４の厚みは、収納ボックス１４は比較的低融点の材質であり、ダクト部材１６は比較的高融点の材質である。保護材２４の厚みＡ１、Ａ２は、支持する箇所の樹脂ワークの材質により異なる。
【選択図】図２

Description

本発明は、相対的に振動をする一対の振動部材により、樹脂母材と樹脂ワークとを層状に挟み込んで加圧及び加振をして溶着する振動溶着方法に関する。

樹脂部品を他の樹脂部品に振動溶着により接合することが従来から行われている。振動溶着は接着剤が不要であり、しかも加熱乾燥等の後工程も不要であって、例えば自動車内装材に対して好適に用いられる。

特許文献１には、製品の受け治具に弾性体を設け、重ね合わせ部の部分的な相違を吸収し、振動治具の圧力を一定に保つことが記載されている。

このように、１種類の樹脂材で成形された部品の溶着には、素材・形状に応じた適切な条件を設定することで、必要な外観品質及び接合強度を得ることができる。

特許文献２には、溶着治具において製品との接触面にウレタン樹脂を設けて製品外観を保持することが記載されている。該溶着治具では、ウレタン樹脂についての厚みは特に考慮されてなく、薄い均一厚みとなっている。

特開２０００−４３５６７号公報 特開２００１−２３２６８６号公報

振動溶着では、例えば、自動車のインストルメントパネル裏面に対して、助手席側ＳＲＳ（Supplemental Restraint System）エアバッグの収納ボックスや、エアコンディショナのダクト等を接合することができる。これらの収納ボックスやダクト部材は、要求仕様から材質が異なり、例えば収納ボックスはエアバッグ作動時の前面開閉のためのヒンジ機能を有することから比較的融点が低く、軟らかいＴＰＯ(thermoplastic Olefin)であり、ダクト部材は比較的融点が高いＰＰ（Polypropylene）である。

従来、インストルメントパネルに対してこのような異種のワークを振動溶着させる場合には、別工程で行っている。融点等の違いから同じ加圧及び加振条件で振動溶着を行うと、いずれか一方が溶着強度不足となり、又は少なくとも一方が溶け込み深さが過大となり、溶着箇所のインストルメントパネルの意匠表面側にデフォームが発生するからである。インストルメントパネルの意匠表面側は美観が特に重用視されており、デフォームの発生は好ましくない。

収納ボックスの溶着とダクト部材の溶着とを別工程でワーク材質に応じた加圧、加振条件で振動溶着を行えば、それぞれ適度な溶け込み量、適度な接合強度が得られるとともに、意匠表面にもデフォームが発生しない。

しかしながら、２以上の工程で振動溶着を行うことは、時間もかかり、溶着装置に対する搬入、搬出及びその他の準備等を２回行うことになり、効率的でない。

また、形状の違いから同じ加圧及び加振条件で振動溶着を行うと、いずれか一方が変形してしまう懸念がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、樹脂母材に対して、２以上の樹脂ワークを１回の工程で同時に溶着することができ、しかもデフォームの発生しない振動溶着方法を提供することを目的とする。

本発明に係る振動溶着方法は、相対的に振動をする一対の振動部材により、樹脂母材と樹脂ワークとを層状に挟み込んで加圧及び加振をして溶着する振動溶着方法であって、前記樹脂ワークは２以上設けられ、それぞれ前記樹脂母材に当接させ、前記樹脂母材と前記振動部材の一方との間及び（又は）前記樹脂ワークと前記振動部材の他方との間に保護材を設け、前記保護材の厚みは、支持する箇所により異なることを特徴とする。

これにより、樹脂母材に対して２以上の樹脂ワークを１回の工程で同時に溶着することができ、十分な溶け込み深さが得られるとともに、デフォームの発生を抑制することができる。

前記樹脂ワークは異なる材質の２以上が設けられ、それぞれ前記樹脂母材に当接させ、前記保護材の厚みは、支持する箇所の前記樹脂ワークの材質により異ならせてもよい。これにより、樹脂母材に対して異なる材質の２以上の樹脂ワークを１回の工程で同時に溶着することができ、十分な溶け込み深さが得られるとともに、デフォームの発生を抑制することができる。

前記保護材は、ウレタン材であると潤滑性と適度な強度と柔らかさを備えており、しかも表面が滑らかであり好適である。

前記保護材の厚みは、支持する箇所の前記樹脂ワークの融点が低いほど薄くしてもよい。これにより、融点の低い箇所は薄い保護材により振動が抑制され、融点の高い箇所は厚い保護材で振動しやすくなり、樹脂ワークの融点に応じた適度な振動が得られる。

前記保護材は、前記樹脂母材と前記樹脂ワークとのうち、製品意匠面側に設けてもよい。これにより保護部材が製品意匠面側を保護することができ、振動による擦れ等を防止できる。

前記樹脂母材は、ＰＰであり、複数の前記樹脂ワークは、ＰＰ及びＴＰＯを含んでいてもよい。

本発明に係る振動溶着方法によれば、樹脂母材に対して２以上の樹脂ワークを１回の工程で同時に溶着することができ、十分な溶け込み深さが得られるとともに、デフォームの発生を抑制することができる。

以下、本発明に係る振動溶着方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図７を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る振動溶着方法は、図１に示す振動溶着装置１０を用いて、自動車用のインストルメントパネル（樹脂母材）１２に対して、助手席側ＳＲＳエアバッグの収納ボックス（樹脂ワーク）１４及びエアコンディショナのダクト部材（樹脂ワーク）１６を振動溶着により接合する。

インストルメントパネル１２の材質は、ＰＰ材であり、融点は１６６℃程度である。収納ボックス１４の材質はＴＰＯであり、融点は１５０℃程度である。ダクト部材１６の材質はＰＰ材であり、融点は１６６℃程度である。ダクト部材１６は、中央送風部１６ａ、端部送風部１６ｂ及びデフロスタ送風部１６ｃ等を有するが、全てＰＰ材である。収納ボックス１４は比較的軟らかく、ダクト部材は比較的硬い。

収納ボックス１４は、裏面が開口したボックス構造であり、ＳＲＳを収納可能な構造になっている。収納ボックス１４の底面１４ａは粗いメッシュ形状であり、底部がインストルメントパネル１２に接合される。底面１４ａは、エアバッグ動作時に開放可能なヒンジ構造となっている。インストルメントパネル１２における収納ボックス１４が溶着される箇所の面は、エアバックの膨脹時に開裂する脆弱部を備えている。

図１に示すように、振動溶着装置１０は、ベース板（振動部材の一方）２０と、振動板（振動部材の他方）２２と、保護材２４と、制御部２６とを有する。

ベース板２０は、振動溶着装置１０のベースとなる部材であり制御部２６の作用下に床面に対して昇降可能である。ベース板２０は載置部２０ａを有し、ワークとしてのインストルメントパネル１２を位置決め載置可能であり、さらに該インストルメントパネル１２の上部に収納ボックス１４及びダクト部材１６を所定の位置に載置することができる。インストルメントパネル１２は、製品意匠面１２ａ側を下向きに載置される。載置部２０ａは、例えばアルミニウム材である。

振動板２２は、ベース板２０の上方に設けられており、ベース板２０が上昇することにより、振動板２２とベース板２０はインストルメントパネル１２の溶着部３０ａと収納ボックス１４の溶着部３０ｂとを層状に挟み込むとともに、インストルメントパネル１２の溶着リブ部３２ａとダクト部材１６の溶着部３２ｂとを層状に挟み込み所定の加圧力を加えることができる。この加圧力は、制御部２６によって制御可能である。

振動板２２は、制御部２６及び加振手段２７の作用下に、ベース板２０に対して相対的に横方向（例えば、インストルメントパネル１２の横長Ｘ方向）に振動をして、ワークに加振力を加えることができる。つまり、振動板２２とベース板２０は、相対的な振動をする一対の振動部材である。振動板２２の振動の振幅、周波数、加振時間等は制御部２６によって制御可能である。

ベース板２０におけるインストルメントパネル１２が載置される載置部２０ａ（つまり、ベース板２０とインストルメントパネル１２との間）には、保護材２４が設けられている。

保護材２４は、表面が滑らかなウレタン材であり、潤滑性と適度な強度と柔らかさを備えており、インストルメントパネル１２を適切に支持することができる。また、保護材２４は、インストルメントパネル１２の製品意匠面１２ａ側に設けられ、該製品意匠面１２ａを保護することができ、振動による擦れ等を防止できる。

図２及び図３に示すように、保護材２４の厚みは、支持する箇所の樹脂ワーク（つまり、収納ボックス１４及びダクト部材１６）の材質により異なり、支持する箇所の樹脂ワークの融点が低いほど薄くなっている。すなわち、融点の比較的低い材質（ＴＰＯ）の収納ボックス１４を支持する箇所では、保護材２４は薄い幅Ａ１であり、融点の比較的高い材質（ＰＰ）のダクト部材１６を支持する箇所では、保護材２４は厚い幅Ａ２となっている。保護材２４は、必ずしも１枚で構成されている必要はなく、例えば、薄い箇所を１枚とし、厚い箇所を複数枚で構成してもよい。保護材２４が複数枚から構成される場合、必ずしも単一の材質である必要はない。

また、保護材２４は、溶着物及び被溶着物の形状によって異なっているともいえる。すなわち、収納ボックス１４が溶着される箇所は、エアバックの膨脹時に開裂する脆弱部を有することから過度な振動を加えないことが望ましく、保護材２４を薄くして振動が抑制されている。

保護材２４の上面は滑らかな面となっており、厚みは載置部２０ａの高さにより調整されている。

次に、このように構成される振動溶着装置１０を用いて、インストルメントパネル１２に対して、収納ボックス１４及びダクト部材１６を振動溶着により接合する振動溶着方法について説明する。

先ず、準備として、載置部２０ａに対してインストルメントパネル１２を位置決めして、載置する。載置部２０ａの上面には保護材２４が設けられていることから、インストルメントパネル１２は保護材２４を介して載置部２０ａに載置される。

次いで、インストルメントパネル１２に対して収納ボックス１４及びダクト部材１６を位置決めして載置する。収納ボックス１４及びダクト部材１６は、予めインストルメントパネル１２に位置決め及び仮固定しておき、該インストルメントパネル１２と同時に載置部２０ａに載置してもよい。

さらに、制御部２６の作用下にベース板２０を上昇させて、振動板２２の押圧突起２２ａとベース板２０はインストルメントパネル１２の溶着部３０ａと収納ボックス１４の溶着部３０ｂとを層状に挟み込むとともに、インストルメントパネル１２の溶着リブ部３２ａとダクト部材１６の溶着部３２ｂとを層状に挟み込み所定の加圧力を加える。溶着部３０ａと溶着部３０ｂとの接触面、及び溶着リブ部３２ａと溶着部３２ｂとの接触面には、保護材２４の厚みに応じて異なる圧力が加わることになる。押圧突起２２ａは、例えばアルミニウム材である。

次に、制御部２６の作用下に振動板２２をＸ方向に所定振幅及び所定周波数で振動させる。これにより、溶着部３０ａと溶着部３０ｂとの接触面、及び溶着リブ部３２ａと溶着部３２ｂとの接触面に摩擦熱が発生して振動溶着がなされる。

所定時間の加振後、又は所定溶着量に到達した後に、振動板２２の振動を止め、ベース板２０を下降させて、溶着がなされたインストルメントパネル１２、収納ボックス１４及びダクト部材１６を取り出す。取り出された製品では、インストルメントパネル１２に対する収納ボックス１４の溶着部及びダクト部材１６の溶着部とも、十分な溶け込みが得られており、十分な溶着強度が得られる。しかも、この方法及び装置では、溶け込みは深すぎることがなく、インストルメントパネル１２の製品意匠面１２ａにデフォームの発生を抑制することができる。

さらに、この方法及び装置では、材質の異なる収納ボックス１４とダクト部材１６とを１度の工程でインストルメントパネル１２に溶着することができ、効率的である。

保護材２４は、滑らかで且つ適度に柔らかいウレタン材であって潤滑性を有することから、製品意匠面１２ａを保護できるため、加振時にも該製品意匠面１２ａに対する擦り傷等を防止できる。

なお、上述した方法及び装置では、ダクト部材１６の中央送風部１６ａ、端部送風部１６ｂ及びデフロスタ送風部１６ｃについて、それぞれの支持する箇所における保護材２４は、同じ幅Ａ２を有するものとしたが、種々の要因によって同じ幅Ａ２でも同じ摩擦力が得られるとは限らない。したがって、図４に示すように、同じ材質の樹脂ワーク（ダクト部材１６）を支持する場合であっても、箇所によって適度に保護材２４の厚みを調整して、Ａ２’、Ａ２”としてもよい。

また、上述した方法では、ベース板２０を上昇させるとき、各押圧突起２２ａは、各樹脂ワークの溶着部上面に対して同時に当接して、各溶着部に同じ加圧力を加えるようしているが、同じ加圧力を加えても、種々の要因によって適度な摩擦力が得られるとは限らない。したがって、図５に示すように、当接箇所によって押圧突起２２ａの突出長さＢ，Ｂ’を調整して、得られる加圧力を当接箇所ごとに調整してもよい。図５では、Ｂ’がＢより僅かに小さく、突出長さＢ’の押圧突起２２ａは、突出長さＢの押圧突起２２ａよりも僅かに遅れてインストルメントパネル１２の溶着部３２ｂに当接する。

さらに、上述した方法では、保護材２４はインストルメントパネル１２側に設けたが、設計条件によっては、図６に示すように、収納ボックス１４及びダクト部材１６側にも設けてもよい。この場合、インストルメントパネル１２側の保護材２４を省略してもよい。

本実施の形態に係る振動溶着方法による溶着部の溶け込み量を計測した結果を図７に示す。図７のグラフ５０は、収納ボックス１４の溶着部３０ｂとインストルメントパネル１２との溶着部の溶け込み量であり、グラフ５２は、ダクト部材１６の溶着部３２ｂとインストルメントパネル１２との溶着部の溶け込み量である。図７から了解されるように、振動開始時刻０の後、時刻ｔ１から双方とも溶け込みが開始され、略同じ程度に溶け込みが進行している。図７の仮想線５４は、比較例として保護材２４の厚みを一定にして行った場合のダクト部材１６の溶着部３２ｂとインストルメントパネル１２との溶着部の溶け込み量である。この場合、溶け込み開始時刻が遅くなり、最終的な溶け込み量が小さくなってしまうことが理解されよう。

上述したように、振動溶着装置１０及び本実施の形態に係る振動溶着方法によれば、インストルメントパネル１２に対して異なる材質の２以上の樹脂ワーク（収納ボックス１４及びダクト部材１６）を１回の工程で同時に溶着することができ、しかもデフォームの発生を抑制することができる。インストルメントパネル１２に溶着する樹脂ワークの材質は３以上であってもよいことはもちろんである。

本発明に係る振動溶着方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

振動溶着装置及びワークの分解斜視図である。 振動溶着装置によってインストルメントパネルと収納ボックス及びダクト部材を挟持した状態の断面正面図である。 振動溶着装置によってインストルメントパネルと収納ボックス及びダクト部材を挟持した状態の断面側面図である。 挟持する箇所によって保護材の厚みを調整した振動溶着装置の断面図である。 挟持する箇所によって押圧突起の突出長さを調整した振動溶着装置の断面図である。 樹脂ワーク側に保護材を設けた振動溶着装置の断面図である。 溶着部の溶け込み量を計測したグラフである。

符号の説明

１０…振動溶着装置 １２…インストルメントパネル
１２ａ…製品意匠面 １４…収納ボックス
１６…ダクト部材 ２０…ベース板
２０ａ…載置部 ２２…振動板
２２ａ…押圧突起 ２４…保護材
２６…制御部 ２７…加振手段
３０ａ、３０ｂ、３２ｂ…溶着部 ３２ａ…溶着リブ部

Claims (6)

1. 相対的に振動をする一対の振動部材により、樹脂母材と樹脂ワークとを層状に挟み込んで加圧及び加振をして溶着する振動溶着方法であって、
   前記樹脂ワークは２以上設けられ、それぞれ前記樹脂母材に当接させ、
   前記樹脂母材と前記振動部材の一方との間及び（又は）前記樹脂ワークと前記振動部材の他方との間に保護材を設け、
   前記保護材の厚みは、支持する箇所により異なることを特徴とする振動溶着方法。
2. 請求項１記載の振動溶着方法において、
   前記樹脂ワークは異なる材質の２以上が設けられ、それぞれ前記樹脂母材に当接させ、
   前記保護材の厚みは、支持する箇所の前記樹脂ワークの材質により異なることを特徴とする振動溶着方法。
3. 請求項１又は２記載の振動溶着方法において、
   前記保護材は、ウレタン材であることを特徴とする振動溶着方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動溶着方法において、
   前記保護材の厚みは、支持する箇所の前記樹脂ワークの融点が低いほど薄いことを特徴とする振動溶着方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動溶着方法において、
   前記保護材は、前記樹脂母材と前記樹脂ワークとのうち、製品意匠面側に設けることを特徴とする振動溶着方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動溶着方法において、
   前記樹脂母材は、ＰＰであり、複数の前記樹脂ワークは、ＰＰ及びＴＰＯを含むことを特徴とする振動溶着方法。

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