JP2013099877A

JP2013099877A - 超音波溶着方法

Info

Publication number: JP2013099877A
Application number: JP2011244329A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Tsujiuchi; 章弘辻内
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-23

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂からなる樹脂基材と所定の吸音材とを超音波溶着によって結合する際に、相互の溶着面積をホーンの形状以上に増加させて結合強度を高める。
【解決手段】熱可塑性樹脂で成形された樹脂基材１０の接合面１２に所定の吸音材（不織布１８）を超音波溶着によって結合する超音波溶着方法であって、樹脂基材１０の接合面１２に突起部１４を予め成形しておき、この接合面に吸音材を重ねた状態で配置する。そして、超音波発振器のホーン２０を吸音材の側から樹脂基材の突起部１４に向けて押込むとともに、この突起部に対して加えられるホーンの超音波振動と加圧力とに基づく熱エネルギーにより、突起部１４を溶融させて樹脂基材１０と吸音材とを結合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として自動車部品である樹脂基材に不織布などの吸音材を超音波溶着によって結合する超音波溶着方法に関する。

この種の超音波溶着に関しては、例えば特許文献１に開示された技術が既に知られている。この技術では、車両用天井材の製造に際し、芯材の上に不織布およびフェルトを順に重ねた状態とし、超音波発振器のホーンをフェルトの上面から押付けて振動させる。その結果、芯材の上面部および不織布が溶融し、溶融樹脂がフェルトの繊維に絡みつくことにより、芯材とフェルトとが溶着される。

特開２００６−２７２７０９号公報

一般に、超音波振動に基づく熱エネルギーによって樹脂（熱可塑性樹脂）が溶融する範囲は、ホーン端面の大きさや形状によってほぼ決定されるのであり、これは特許文献１に開示された技術においても例外ではない。このため、ホーン端面の大きさや形状が何らかの事情で規制されると、超音波溶着の面積も規制され、特許文献１の技術を例にとった場合には車両用天井材における芯材とフェルトとの結合強度が不足することになる。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、その目的は、熱可塑性樹脂からなる樹脂基材と所定の吸音材とを超音波溶着によって結合する際に、相互の溶着面積をホーンの形状以上に増加させて結合強度を高めることである。

本発明は、上記の目的を達成するためのもので、以下のように構成されている。
熱可塑性樹脂で成形された樹脂基材の接合面に所定の吸音材を超音波溶着によって結合する超音波溶着方法であって、樹脂基材の接合面に突起部を予め成形しておき、この接合面に吸音材を重ねた状態で配置する。そして、超音波発振器のホーンを吸音材の側から樹脂基材の突起部に向けて押込むとともに、この突起部に対して加えられるホーンの超音波振動と加圧力とに基づく熱エネルギーにより、突起部を溶融させて樹脂基材と吸音材とを結合する。

本発明においては、樹脂基材の突起部が溶融して広がることにより、樹脂基材と吸音材とを結合するための溶着面積がホーンの形状以上に増加し、相互の結合強度が高められる。

熱可塑性樹脂で成形された樹脂基材の一部を表した斜視図。樹脂基材と吸音材とを超音波溶着で結合する前の状態を表した断面図。樹脂基材と吸音材とを超音波溶着で結合している状態を表した断面図。樹脂基材に成形されている突起部の変更例を図１と対応させて表した斜視図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
樹脂基材１０は、主として自動車部品を構成しており、図面では全体の一部分のみが示されている。そして、樹脂基材１０の接合面１２には、吸音材として図２および図３に示されている不織布１８が超音波溶着（スポット溶着）によって結合される。

樹脂基材１０は、超音波溶着に適応可能なナイロンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂（加熱で溶融する樹脂）によって成形されている。これに対して不織布１８の素材には、熱可塑性樹脂を用いることも可能であるが、ウレタンやエポキシ樹脂といった超音波溶着に適さない熱硬化性樹脂を用いてもよい。

樹脂基材１０は、その接合面１２から突出した突起部１４を備えている。この突起部１４は、樹脂基材１０と一体に成形されているとともに、その平面形状が例えば「十字」状のリブ形状をしている（図１）。なお、実際の自動車部品（樹脂基材１０）では、広い接合面１２の複数箇所に突起部１４が成形されている。

超音波溶着の基本的な原理は、20kHz以上の電気信号が超音波発振器（ジェネレータ）から振動子（コンバータ）に送られ、そこで機械的振動エネルギーに変換される。この振動エネルギーは、図２および図３で示すホーン２０に伝達され、このホーン２０を通じて超音波溶着の対象箇所に超音波振動が加えられる。この対象箇所では、ホーン２０の超音波振動と加圧力とに基づいて強力な熱エネルギーが生じ、樹脂の溶融温度まで瞬時に上昇して溶着が行われる。なお、本実施の形態では、ホーン２０の形状を樹脂基材１０の接合面１２に成形されている突起部１４の平面形状に合わせた太さの円柱もしくは角柱などに設定している。

本実施の形態における超音波溶着に際しては、まず熱可塑性樹脂からなる樹脂基材１０の接合面１２に不織布１８を重ねた状態で配置する（図２）。この状態において、超音波発振器のホーン２０を不織布１８の上面側から接合面１２の突起部１４に向けて押込むとともに、このホーン２０によって突起部１４に超音波振動と加圧力とを加える。これに基づいて発生する前述の強力な熱エネルギーにより、突起部１４が瞬時に溶融して接合面１２と不織布１８との間に大きく広がった溶融樹脂１４Ａとなる（図３）。この大きく広がった溶融樹脂１４Ａにより、樹脂基材１０と不織布１８とが溶着される。

前述のように、樹脂基材１０の接合面１２には複数個の突起部１４が予め成形されており、各突起部１４の箇所において超音波溶着が行われる。この結果、樹脂基材１０と不織布１８とはスポット溶着によって結合されることになる。

樹脂基材１０の突起部１４がホーン２０から受ける超音波振動と加圧力とに基づく熱エネルギーによって溶融した結果の溶融樹脂１４Ａは、ホーン２０の端面以上に大きく広がっている。つまり、樹脂基材１０と不織布１８とを結合している溶着面積がホーン２０の端面以上に増加することとなる。したがって、ホーン２０の端面の大きさが一定以下に規制されている場合でも、超音波溶着による樹脂基材１０と不織布１８との結合強度を高めることができる。

以上は本発明を実施するための最良の形態を図面に関連して説明したが、この実施の形態は本発明の趣旨から逸脱しない範囲で容易に変更または変形できるものである。
例えば樹脂基材１０における突起部１４の形状については、平面形状が「十字」状のリブ形状に限るものではなく、図４で示すような円筒形状の突起部１１４に代えてもよい。また、吸音材として用いた不織布１８は、シート状の化学繊維やその他の素材に代えることも可能である。

１０樹脂基材
１２接合面
１４突起部
１８不織布（吸音材）
２０ホーン

Claims

熱可塑性樹脂で成形された樹脂基材の接合面に所定の吸音材を超音波溶着によって結合する超音波溶着方法であって、
樹脂基材の接合面に突起部を予め成形しておき、この接合面に吸音材を重ねた状態で配置し、超音波発振器のホーンを吸音材の側から樹脂基材の突起部に向けて押込むとともに、この突起部に対して加えられるホーンの超音波振動と加圧力とに基づく熱エネルギーにより、突起部を溶融させて樹脂基材と吸音材とを結合する超音波溶着方法。