JP2013158914A - 溶着構造及び溶着方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂部材同士の接合強度を確保することができる溶着構造及び溶着方法を得る。
【解決手段】樹脂部材１０及び樹脂部材１２には複数の溝部２０、２２がそれぞれ形成されている。また、溝部２０、２２の周辺部には、２つの樹脂部材１０、１２が互いに接触する溶融部２４が設けられている。このため、溶融部２４において溶融された樹脂２８は、矢印で示されるように、溝部２０、２２内へ流入されることになる。樹脂部材１０、１２には、強化繊維がそれぞれ含有されており、溶融された樹脂２８の中には強化繊維が含まれている。溶融された樹脂２８が固化された状態で、樹脂部材１０に含有された強化繊維は樹脂部材１２に含有された状態となり、樹脂部材１２に含有された強化繊維は樹脂部材１０に含有された状態となる。したがって、２つの樹脂部材１０、１２間に強化繊維１４、１６が架け渡されるため、溶着部１８における接合強度が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂部材同士を溶着させる溶着構造及び溶着方法に関する。
例えば、特許文献１には、一方の繊維強化樹脂部材に突起を設け、他方の繊維強化樹脂部材を加熱溶融させて軟化させ、当該突起を軟化部分に入り込ませ固化させることによって、繊維強化樹脂同士を接合させるという技術が開示されている。
特開２００７−３１３７７８号公報
しかしながら、この先行技術では、繊維強化樹脂部材の軟化部分に突起を入り込ませて固化させるだけなので、繊維強化樹脂同士の繊維の絡み合いが不十分である。このため、繊維強化樹脂同士の接合強度を確保することができない可能性があり、さらなる改善の余地がある。
本発明は、樹脂部材同士の接合強度を確保することができる溶着構造及び溶着方法を得ることが目的である。
請求項１記載の発明に係る溶着構造は、少なくとも一方に繊維が含有された２つの樹脂部材において互いに溶着される溶着部は、前記２つの樹脂部材のうち少なくとも一方に設けられた溝部と、前記溝部の周辺部に設けられ当該２つの樹脂部材が互いに接触して溶融する溶融部と、を含んで構成されている。
請求項１記載の発明に係る溶着構造では、少なくとも一方に繊維が含有された２つの樹脂部材において互いに溶着される溶着部では、当該２つの樹脂部材のうち少なくとも一方に溝部が設けられている。そして、この溝部の周辺部には、２つの樹脂部材が互いに接触して溶融する溶融部が設けられている。つまり、溝部は溶融部の表面よりもくぼんだ状態で形成されるため、当該溶融部において溶融された樹脂は溝部内へ流入されることになる。
一方、２つの樹脂部材のうち少なくとも一方には、繊維が含有されているため、溶融された樹脂の中には繊維が含まれる。溶融部において溶融された樹脂が溝部内へ流入されることで、溶融部と溝部との間で樹脂は混練りされた状態となる。したがって、溶融された樹脂が固化された状態で繊維は、溶融部から溝部に亘って架け渡されるようにして配置される。
つまり、本発明では、溶融部において２つの樹脂部材の表面（接触面）が互いに溶融し固化された状態で接合されると共に、２つの樹脂部材間に繊維が架け渡されるため、当該２つの樹脂部材の溶着部における接合強度は向上する。
請求項２記載の発明に係る溶着構造は、請求項１に記載の溶着構造において、前記２つの樹脂部材のうち何れか一方の溶着面が、前記溝部の長手方向に沿って傾斜する傾斜面又は前記溝部の長手方向に沿って湾曲する湾曲面とされている。
溶着部では、２つの樹脂部材が互いに接触する溶融部において樹脂が溶融する。このため、請求項２記載の発明に係る溶着構造では、当該溶着部において、２つの樹脂部材のうち何れか一方の溶着面が、溝部の長手方向に沿って傾斜する傾斜面又は溝部の長手方向に沿って湾曲する湾曲面とされている。これにより、２つの樹脂部材が互いに接触する領域が当該傾斜面又は湾曲面に沿って（溝部の長手方向に沿って）変わり、溶融部において、溝部の長手方向に沿って徐々に樹脂が溶融していくことになる。
請求項３記載の発明に係る溶着方法は、請求項１に記載の２つの樹脂部材が用いられ、前記２つの樹脂部材を重ね合わせる第１工程と、前記２つの樹脂部材を溶着させる溶着装置を当該２つの樹脂部材の一方に接触させて前記溶融部を溶融させ、溶融した樹脂が前記溝部に流れ込むようにして２つの樹脂部材を溶着する第２工程と、を有している。
請求項３記載の発明に係る溶着方法では、第１工程において、２つの樹脂部材を重ね合わせる。次に、第２工程において、溶着装置を２つの樹脂部材の一方に接触させて溶融部を溶融させる。溶融部は２つの樹脂部材のうち少なくとも一方に設けられた溝部の周辺部に設けられているため、当該溶融部で溶融された樹脂は溝部内へ流入される。
ここで、２つの樹脂部材のうち少なくとも一方には、繊維が含有されているため、溶融部において溶融された樹脂の中には繊維が含まれる。溶融部において溶融された樹脂が溝部内へ流入されることで、溶融部と溝部との間で樹脂は混練りされた状態となる。したがって、溶融された樹脂が固化された状態で繊維は、溶融部から溝部に亘って架け渡されるようにして配置される。つまり、溶融部において２つの樹脂部材の表面が互いに溶融し固化された状態で接合されると共に、２つの樹脂部材間に繊維が架け渡されるため、当該２つの樹脂部材の溶着部における接合強度は向上する。
請求項４記載の発明に係る溶着方法は、請求項３に記載の溶着方法において、前記溶着部において、前記溶着装置によって溶融される領域が前記溝部の長手方向に沿って変わり、前記溶融部で溶融された樹脂を前記溝部の長手方向に沿って流動させる。
請求項４記載の発明に係る溶着方法では、溶着部において、２つの樹脂部材を溶着させる溶着装置によって溶融される領域が溝部の長手方向に沿って変わる。つまり、溶着部において、溝部の長手方向に沿って徐々に溶融部が溶融されることになるが、溶融部で溶融された樹脂を溝部の長手方向に沿って流動させることができる。
本発明は上記構成としたので、請求項１に記載の溶着構造は、樹脂部材同士の接合強度を確保することができる、という優れた効果を有する。
請求項２に記載の溶着構造は、溶融する樹脂を溝部の長手方向に沿って積極的に流動させることができる、という優れた効果を有する。
請求項３に記載の溶着方法は、短時間で樹脂部材同士の接合強度を確保することができる、という優れた効果を有する。
請求項４に記載の溶着方法は、溶融する樹脂を溝部の長手方向に沿って迅速に流動させることができる、という優れた効果を有する。
本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材を示す（Ａ）は平断面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。 本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材及び当該樹脂部材を溶着するためのホーンを示す一部断面図である。 本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材が溶着されるときの作用を説明するための（Ａ）平断面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。 本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材が溶着された状態を示す縦断面図である。 本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材のその他の変形例（１）を示す（Ａ）は平断面図であり、（Ｂ）は正面図である。 本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材のその他の変形例（２）を示す（Ａ）は平断面図であり、（Ｂ）は縦断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材のその他の変形例（３）を示す動作図である。 （Ａ）は、本実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材のその他の変形例（４）を示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。
本発明の実施形態に係る溶着構造について、図１〜図４に基づいて説明する。
（溶着構造の構成）
図１（Ａ）、（Ｂ）には、本発明の一実施の形態に係る溶着構造が適用された樹脂部材１０、１２が図示されている。なお、図１（Ａ）は樹脂部材１０、１２の要部を示す平断面図であり、図１（Ｂ）で示すＡ−Ａ線に沿って切断された状態の断面図が示されている。また、図１（Ｂ）は樹脂部材１０、１２が重なった状態を示す縦断面図であり、図１（Ａ）で示すＢ−Ｂ線に沿って切断された状態の断面図が示されている。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、樹脂部材１０、１２はそれぞれ長板状を成しており、樹脂部材１２の上に樹脂部材１０が配置され、樹脂部材１０の長手方向の一端部と樹脂部材１２の長手方向の一端部が互いに溶着されるようになっている。また、これらの樹脂部材１０、１２には、繊維として、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化繊維１４、１６（図４参照）がそれぞれ含有されている。
ここで、樹脂部材１０と樹脂部材１２とが互いに溶着される溶着部１８において、樹脂部材１０には当該樹脂部材１０の長手方向に沿って複数の溝部２０が形成されている。また、樹脂部材１２には当該樹脂部材１２の長手方向に沿って複数の溝部２２が形成されている。
そして、溝部２０及び溝部２２は略同一の大きさに形成されており、溝部２０と溝部２２とは、平断面視において同一直線状に配置され溝部２０、２２の一部が互いに重なるようにして形成されている。また、溶着部１８において、溝部２０、２２以外の領域はフラット面とされているが、樹脂部材１０と樹脂部材１２とで互いに接触する領域は溶融部２４とされ、超音波溶着による溶着時には、これらの表面が摩擦熱により溶融するようになっている。
ところで、本実施形態では、図２に示されるように、樹脂部材１０と樹脂部材１２とは、例えば、縦振動型の超音波溶着装置（図示省略）によって溶着されるようになっている。この超音波溶着装置には、超音波振動の振幅を増大させるホーン２６が設けられており、溶着部１８の形状に合わせて角柱状に形成されている。また、当該ホーン２６の先端部には、下方側へ向かって凸状を成し、樹脂部材１０、１２の溝部２０、２２の長手方向に沿って湾曲する湾曲面２６Ａが形成されている。
（溶着構造の作用・効果）
図３（Ａ）、（Ｂ）は、樹脂部材１０、１２が溶着されるときの作用を説明するための断面図であり、図３（Ａ）には、図３（Ｂ）で示すＡ−Ａ線に沿って切断された状態の平断面図が示されている。また、図３（Ｂ）には、図３（Ａ）で示すＢ−Ｂ線に沿って切断された状態の縦断面図が示されている。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、第１工程において、樹脂部材１２の上に樹脂部材１０を重ね合わせる。この状態で、第２工程において、超音波溶着装置に設けられたホーン２６を樹脂部材１０に接触させ当該ホーン２６によって樹脂部材１０が加圧されることにより、超音波振動が樹脂部材１０に伝播して、樹脂部材１０及び樹脂部材１２の溶着部１８において摩擦熱が発生する。そして、当該溶着部１８に設けられた溶融部２４が溶融して固化することによって、樹脂部材１０と樹脂部材１２とが溶着される。
ここで、本実施形態では、樹脂部材１０及び樹脂部材１２には、当該樹脂部材１０及び樹脂部材１２の長手方向に沿って複数の溝部２０、２２がそれぞれ形成されている。また、溝部２０、２２の周辺部には、２つの樹脂部材１０、１２が互いに接触する溶融部２４が設けられている。つまり、溝部２０、２２は溶融部２４の表面よりもくぼんだ状態で形成されるため、当該溶融部２４において溶融された樹脂２８は、矢印で示されるように、溝部２０、２２内へ流入されることになる。
一方、図４に示されるように、樹脂部材１０、１２には、強化繊維１４、１６がそれぞれ含有されているため、溶融された樹脂２８の中には強化繊維１４、１６が含まれている。このため、図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、溶融部２４において溶融された樹脂２８が溝部２０、２２内へ流入されることで、溶融部２４と溝部２０、２２との間で樹脂２８は混練りされた状態となる。したがって、図４に示されるように、溶融された樹脂２８が固化された状態で強化繊維１４、１６は、溶融部２４（図１（Ａ）参照）から溝部２０、２２に亘って架け渡されるようにして配置される。
このため、樹脂部材１０に含有された強化繊維１４は樹脂部材１２に含有された状態となり、樹脂部材１２に含有された強化繊維１６は樹脂部材１０に含有された状態となる。つまり、本実施形態によれば、溶融部２４において２つの樹脂部材１０、１２の表面が互いに溶融し固化された状態で接合されると共に、２つの樹脂部材１０、１２間に強化繊維１４、１６が架け渡されるため、当該２つの樹脂部材１０、１２の溶着部１８における接合強度は向上する。
ところで、図２に示されるように、ホーン２６の先端には、溝部２０、２２の長手方向に沿って湾曲する湾曲面２６Ａが形成されている。つまり、ここでは、ホーン２６の先端部は、樹脂部材１０において当該樹脂部材１０の長手方向に沿った溶着部１８の略中央部（直線Ｐに沿った位置）から両端側へ向かって徐々に接触面積が広がっていくことになる。
具体的には、溶着部１８の略中央部を中心に初期溶融部２９が先に溶融し、当該初期溶融部２９から両端側へ向かって溶融部２４における溶融面積が増えていくことになる。つまり、本実施形態によれば、当該溶融部２４において、樹脂２８が溶融する領域を溝部２０、２２の長手方向に沿ってずらすことができる。したがって、溶融部２４において、溝部２０、２２の長手方向に沿って徐々に樹脂２８が溶融していくことになる。これにより、溶融する樹脂２８を溝部２０、２２の長手方向に沿って積極的に流動させることができる。
（その他の変形例）
本実施形態では、図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、樹脂部材１０に形成された溝部２０と樹脂部材１２に形成された溝部２２とは、平面視において同一直線状に配置され溝部２０、２２の一部が互いに重なるようにして形成されている。しかし、本発明では、図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、溶融部２４で溶融された樹脂２８を強化繊維１４、１６と共に溝部２０、２２内へ流入させることができれば良いため、これに限るものではない。なお、上記実施例と同等の部位には同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は省略する。
（１）例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、樹脂部材３０に形成された溝部３２及び樹脂部材３４に形成された溝部３６が、当該樹脂部材３０、３４の長手方向に対して傾斜する方向に沿って形成されるようにしても良い。そして、ここでは、溝部３２及び溝部３６は、溶着部１８の全域に亘ってそれぞれ延出している。また、溝部３２及び溝部３６はそれぞれ複数設けられており、互いに平行となるように配列されている。さらに、この溝部３２と溝部３６とが互いに交差するように配列されている。このように、溝部３２、３６が樹脂部材３０、３４の長手方向に対して傾斜すると共に、溝部３２と溝部３６とが互いに交差するため、溝部３２と溝部３６との交差部分において、溶融された樹脂を三次元的に混練りすることができる。
（２）また、これ以外にも、図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、樹脂部材３８、４０の長手方向に対して傾斜する方向に沿って形成された溝部４２、４４が、当該樹脂部材３８、４０の長手方向に沿って複数配列されるようにしても良い。そしてさらに、溝部４２、４４が、当該樹脂部材３８、４０の幅方向に沿って複数配列されるようにしても良い。そして、この状態で、平断面視において溝部４２と溝部４４とがジグザグ状となるように、樹脂部材３８の長手方向に沿って隣接する溝部４２の両端部が当該溝部４２の左右に位置する溝部４４の端部と繋がるようにする。これにより、溶融された樹脂を三次元的に混練りすることができる。
ところで、本実施形態では、図２に示されるように、超音波溶着機のホーン２６について、当該ホーン２６の先端部に溝部２０、２２の長手方向に沿って湾曲面２６Ａが形成されている。これにより、樹脂部材１０及び樹脂部材１２の溶融部２４（図１（Ａ）参照）において、樹脂２８が溶融する領域を溝部２０、２２の長手方向に沿って変えるようにしている。
しかし、ここでは、溶融する樹脂２８を溝部２０、２２の長手方向に沿って積極的に流動させることができれば良いためこれに限るものではない。例えば、図示はしないが、ホーン２６の先端部が溝部２０、２２の長手方向に沿って傾斜するようにしても良い。
（３）また、図７（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、ホーン４６の先端部４６Ａは樹脂部材１２と平行となるように形成され、樹脂部材１０の溶着面において、溝部２０、２２の長手方向に沿って傾斜する傾斜面４８を設けるようにしても良い。なお、図示はしないが、樹脂部材１０の溶着面において、溝部２０、２２の長手方向に沿って湾曲する湾曲面を設けても良い。
（４）さらに、超音波溶着機は縦振動型に限るものでない。また、超音波溶着を行う際、一般的には溶着される部材を支持する受け治具が設けられる。このため、図８（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、受け治具５０が回転して樹脂部材５４、５６を矢印方向に沿って搬送するようにしても良い。これにより、樹脂部材５４及び樹脂部材５６が接触する溶融部５８において、樹脂が溶融する領域をずらすことができ、溶融する樹脂を溝部２０、２２の長手方向に沿って迅速に流動させることができる。なお、ここでは、樹脂部材５４、５６を搬送するため、超音波溶着機５２のホーン５２Ａを搬送速度に合わせて回転させるようにした方が良い。
また、ここでは超音波溶着について説明したが、樹脂部材１０と樹脂部材１２を互いに溶着させることができれば良いため、これに限るものではない。例えば、レーザー溶着、振動溶着、熱板溶着、誘電溶着などに適用しても良い。
（実施形態の補足）
以上の実施形態では、例えば樹脂部材１０及び樹脂部材１２において、強化繊維１４、１６がそれぞれ含有されているが、当該強化繊維は、樹脂部材１０又は樹脂部材１２に含有される構成であっても良い。
また、本実施形態では、樹脂部材１０及び樹脂部材１２において、溝部２０、２２がそれぞれ形成されているが、当該溝部は、樹脂部材１０又は樹脂部材１２に形成される構成であっても良い。
以上、本発明を実施するための一形態として一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
１０ 樹脂部材
１２ 樹脂部材
１４ 強化繊維（繊維）
１６ 強化繊維（繊維）
１８ 溶着部
２０ 溝部
２２ 溝部
２４ 溶融部
２８ 樹脂（溶融された樹脂）
３０ 樹脂部材
３２ 溝部
３４ 樹脂部材
３６ 溝部
３８ 樹脂部材
４０ 樹脂部材
４２ 溝部
４４ 溝部
４８ 傾斜面
５４ 樹脂部材
５６ 樹脂部材
５８ 溶融部

Claims (4)

  1. 少なくとも一方に繊維が含有された２つの樹脂部材において互いに溶着される溶着部は、
    前記２つの樹脂部材のうち少なくとも一方に設けられた溝部と、
    前記溝部の周辺部に設けられ当該２つの樹脂部材が互いに接触して溶融する溶融部と、
    を含んで構成されている溶着構造。
  2. 前記溶着部において、前記２つの樹脂部材のうち何れか一方の溶着面が、前記溝部の長手方向に沿って傾斜する傾斜面又は前記溝部の長手方向に沿って湾曲する湾曲面とされている請求項１に記載の溶着構造。
  3. 請求項１に記載の２つの樹脂部材が用いられ、
    前記２つの樹脂部材を重ね合わせる第１工程と、
    前記２つの樹脂部材を溶着させる溶着装置を当該２つの樹脂部材の一方に接触させて前記溶融部を溶融させ、溶融した樹脂が前記溝部に流れ込むようにして２つの樹脂部材を溶着する第２工程と、
    を有する溶着方法。
  4. 前記溶着部において、前記溶着装置によって溶融される領域が前記溝部の長手方向に沿って変わり、前記溶融部で溶融された樹脂を前記溝部の長手方向に沿って流動させる請求項３に記載の溶着方法。
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