JP2017087490A - 接合体の製造方法及び接合体 - Google Patents

Abstract

【課題】接合対象の少なくとも一方が繊維強化熱可塑性樹脂材で形成されている場合の部材同士の接合強度を向上させることができる接合体の製造方法及び接合体を得る。【解決手段】第一工程では、第二部材３４に、超音波ホーン１０の先端軸部１２の外周面との間に隙間３８が設定される大きさの貫通孔３４Ｈを形成する。第二工程では、貫通孔３４Ｈの中に配置された超音波ホーン１０の先端軸部１２を第一部材３２に当てて加圧及び加振する。そして、超音波ホーン１０の先端軸部１２により第一部材３２に貫通穴３２Ｈを形成して超音波ホーン１０の拡径部１４の先端面１４Ａ側を第二部材３４に当てる。これにより、第一部材３２から生じたバリの一部３２Ｚを隙間３８及び超音波ホーン１０の拡径部１４の先端面１４Ａ側に設定された凹部１４Ｂに流動させて、当該バリの一部３２Ｚを第二部材３４に溶着させる。【選択図】図１

Description

本発明は、接合体の製造方法及び接合体に関する。

熱可塑性樹脂の接合に関する技術が知られている（特許文献１〜３参照）。例えば、下記特許文献１には、二つの繊維強化熱可塑性樹脂を、熱可塑性樹脂シートを介して接合する接合方法が開示されている。

特開２０１４−７６５６５号公報 特開２００８−２３０２３８号公報 特開２０１３−２８１５９号公報

しかしながら、上記先行技術では、接合対象の一方が繊維強化熱可塑性樹脂でない場合については考慮されていないうえ、熱可塑性樹脂シートが接合対象の間に介在されるものに過ぎないので、接合強度を向上させる点においても改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して、接合対象の少なくとも一方が繊維強化熱可塑性樹脂材で形成されている場合の部材同士の接合強度を向上させることができる接合体の製造方法及び接合体を得ることが目的である。

請求項１に記載する本発明の接合体の製造方法は、超音波振動が伝達される超音波ホーンを用いて、第一部材と第二部材とを超音波溶着により接合することで前記第一部材と前記第二部材との接合体を製造する、接合体の製造方法であって、前記超音波ホーンは、棒軸状とされ、先端側に形成された先端軸部と、前記先端軸部の基端側に対して段差状に拡径された拡径部と、前記拡径部の先端面側において前記先端軸部の外周面の基端に連続して形成されて前記超音波ホーンの軸線周りに設定された凹部と、を備え、前記第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成され、前記第二部材には、前記超音波ホーンの前記先端軸部の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔が形成されており、前記第一部材と前記第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、かつ前記第二部材における前記第一部材との重合部に前記貫通孔が設定されて前記先端軸部の外周面が前記貫通孔の内周面との間に隙間を形成する位置に配置された状態で、前記先端軸部を前記第一部材に当てて加圧及び加振しながら前記先端軸部により前記第一部材に有底穴又は貫通穴を形成して前記拡径部の先端面側を前記第二部材に当てることで、前記第一部材から生じたバリの一部を前記隙間及び前記凹部に流動させて、当該バリの一部を前記第二部材に溶着させる工程を有する。

上記構成によれば、第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されており、第一部材の接合相手である第二部材には、超音波ホーンの先端軸部の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔が形成されている。そして、第一部材と第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、かつ第二部材における第一部材との重合部に貫通孔が設定されて超音波ホーンの先端軸部の外周面が貫通孔の内周面との間に隙間を形成する位置に配置された状態にされる。この状態で超音波ホーンの先端軸部を第一部材に当てて加圧及び加振しながら、超音波ホーンの先端軸部により第一部材に有底穴又は貫通穴を形成して超音波ホーンの拡径部の先端面側を第二部材に当てる。このようにすることで、第一部材から生じたバリの一部を前記隙間及び凹部に流動させて、当該バリの一部を第二部材に溶着させる。以上により、第一部材と第二部材との接合体が製造される。このように製造された接合体では、バリの一部が第二部材に溶着された部分は、第一部材との間に第二部材を挟み込むと共に基本的には繊維を含んでいるので、高い接合強度が確保される。

請求項２に記載する本発明の接合体の製造方法は、超音波振動が伝達される超音波ホーンを用いて、第一部材と第二部材とを超音波溶着により接合することで前記第一部材と前記第二部材との接合体を製造する、接合体の製造方法であって、前記超音波ホーンは、棒軸状とされ、先端側に形成された先端軸部と、前記先端軸部の基端側に対して段差状に拡径された拡径部と、前記拡径部の先端面側において前記先端軸部の外周面の基端に連続して形成されて前記超音波ホーンの軸線周りに設定された凹部と、を備え、前記第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されており、前記第二部材に、前記超音波ホーンの前記先端軸部の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔を形成する第一工程と、前記第一部材と前記第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、かつ前記第二部材における前記第一部材との重合部に前記貫通孔が設定されて前記先端軸部の外周面が前記貫通孔の内周面との間に隙間を形成する位置に配置された状態で、前記先端軸部を前記第一部材に当てて加圧及び加振しながら前記先端軸部により前記第一部材に有底穴又は貫通穴を形成して前記拡径部の先端面側を前記第二部材に当てることで、前記第一部材から生じたバリの一部を前記隙間及び前記凹部に流動させて、当該バリの一部を前記第二部材に溶着させる第二工程と、を有する。

上記構成によれば、第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されている。第一工程では、第一部材の接合相手である第二部材に、超音波ホーンの先端軸部の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔を形成する。第二工程では、第一部材と第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で実行される。すなわち、第二工程では、第二部材における第一部材との重合部に貫通孔が設定されて超音波ホーンの先端軸部の外周面が貫通孔の内周面との間に隙間を形成する位置に配置された状態で、超音波ホーンの先端軸部を第一部材に当てて加圧及び加振する。そして、超音波ホーンの先端軸部により加圧及び加振しながら第一部材に有底穴又は貫通穴を形成して超音波ホーンの拡径部の先端面側を第二部材に当てる。このようにすることで、第一部材から生じたバリの一部を前記隙間及び凹部に流動させて、当該バリの一部を第二部材に溶着させる。以上により、第一部材と第二部材との接合体が製造される。このように製造された接合体では、バリの一部が第二部材に溶着された部分は、第一部材との間に第二部材を挟み込むと共に基本的には繊維を含んでいるので、高い接合強度が確保される。

請求項３に記載する本発明の接合体の製造方法は、請求項２記載の構成において、前記第一工程では、前記第一部材と前記第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、前記第二部材における前記第一部材との重合部に前記超音波ホーンの前記先端軸部を当てて加圧及び加振しながら、前記先端軸部により、前記第二部材における前記第一部材との重合部の一部を貫通して前記先端軸部と前記第二部材の前記貫通孔の内周面との間に隙間を形成する。

上記構成によれば、第一工程では、第一部材と第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、第二部材における第一部材との重合部に超音波ホーンの先端軸部を当てて加圧及び加振する。そして、超音波ホーンの先端軸部により加圧及び加振しながら第二部材における第一部材との重合部を貫通して、超音波ホーンの先端軸部と第二部材の貫通孔の内周面との間に隙間を形成する。このため、超音波ホーンの先端軸部を第一工程及び第二工程に兼用することができる。

請求項４に記載する本発明の接合体の製造方法は、請求項２記載の構成において、前記第一工程では、前記超音波ホーンとは別の孔形成部材により、前記第二部材に前記貫通孔を形成する。

上記構成によれば、第一工程では、超音波ホーンとは別の孔形成部材により、第二部材に貫通孔を形成するので、超音波ホーンを用いて所定の貫通孔が形成できないような材料によって第二部材が形成されていても、本発明を適用することができる。また、第二工程で第一部材から生じたバリの一部が流動しても浸食されないような硬質の材料で第二部材が形成されている場合には、第二工程でのバリの流動性を考慮して、孔形成部材により第二部材に予め大きめの貫通孔を形成しておくことも可能となる。

請求項５に記載する本発明の接合体の製造方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成において、前記第二部材は、繊維を含まない非強化熱可塑性樹脂材により形成されている。

上記構成によれば、製造時に第一部材から生じたバリの一部が、第二部材の貫通孔と超音波ホーンの先端軸部との間の隙間、及び超音波ホーンの拡径部の先端面側の凹部に流動する際に、繊維強化熱可塑性樹脂材に比べて軟質の第二部材が一部浸食される。このため、バリの一部が凹部の側へ向けて流動し易くなる。また、第二部材の貫通孔において凹部に隣接する側の開口端が浸食されることで、その浸食された開口端にバリの一部が溶着された部分は湾曲状になる。これにより、バリの一部が第二部材に溶着された部分が第一部材との間に第二部材を挟み込んで保持する保持強度が向上する。

請求項６に記載する本発明の接合体は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成され、平板状とされて貫通部及び有底穴部の一方が形成されている一般部と、前記貫通部及び有底穴部の一方における開口端から前記一般部に対して離間する方向に延出されている筒状部と、前記筒状部の開口端から前記筒状部の半径方向外側に張り出している張出部と、を一体に備える第一部材と、前記第一部材の前記一般部に少なくとも一部が重ね合わせられ、前記筒状部の外周面と密接している内周面を備える貫通孔が形成されていると共に、前記貫通孔の周囲部が前記第一部材における前記一般部と前記張出部との間に挟まれて保持されている第二部材と、を有する。

上記構成によれば、第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されており、一般部、筒状部及び張出部を一体に備えている。ここで、一般部は、平板状とされて貫通部及び有底穴部の一方が形成され、筒状部は、貫通部及び有底穴部の一方における開口端から一般部に対して離間する方向に延出されており、張出部は、筒状部の開口端から筒状部の半径方向外側に張り出している。また、第一部材の一般部には第二部材の少なくとも一部が重ね合わせられ、第二部材は、第一部材の筒状部の外周面と密接している内周面を備える貫通孔が形成されていると共に、貫通孔の周囲部が第一部材における一般部と張出部との間に挟まれて保持されている。そして、第一部材の筒状部及び張出部は、繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されているので、仮に筒状部及び張出部が第二部材の側から荷重を受けても、筒状部及び張出部の変形が抑えられる。したがって、第一部材が第二部材を保持するための保持強度、換言すれば、第一部材と第二部材との接合強度を向上させることができる。

請求項７に記載する本発明の接合体は、請求項６に記載の構成において、前記第二部材は、繊維を含まない非強化熱可塑性樹脂材により形成され、前記筒状部の外周面と前記張出部における前記第二部材の側の面とで構成されているコーナ部が湾曲状に形成されている。

上記構成によれば、筒状部の外周面と張出部における第二部材の側の面とで構成されているコーナ部が湾曲状に形成されているので、筒状部及び張出部が第二部材の側から荷重を受けた場合における筒状部及び張出部の変形が一層抑えられる。よって、第一部材と第二部材との接合強度を一層向上させることができる。

以上説明したように、本発明の接合体の製造方法及び接合体によれば、接合対象の少なくとも一方が繊維強化熱可塑性樹脂材で形成されている場合の部材同士の接合強度を向上させることができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る接合体の製造方法の工程を示す断面図である。図１（Ａ）は、第一工程の開始時の状態を示す。図１（Ｂ）は、第二工程の開始時の状態を示す。図１（Ｃ）は、第二工程の終盤の状態を示す。図１（Ｄ）は、第三工程を示す。 図１（Ａ）の超音波ホーンが第二部材に接する前の状態を斜め下方側から見た状態で示す斜視図である。 超音波ホーンをその軸線に沿って切断した状態で示す断面図である。図３（Ａ）は、超音波ホーン１０の全体図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ部を拡大して示す部分拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る接合体の製造方法の第一工程を示す断面図である。図４（Ａ）は、第一工程の開始時の状態を示す。図４（Ｂ）は、第一工程の終了時の状態を示す。 図４に示される第一工程よりも後の工程を示す断面図である。図５（Ａ）は、超音波ホーンの先端軸部を第二部材の貫通孔に挿入する直前の状態を示す。図５（Ｂ）は、第二工程の開始時の状態を示す。図５（Ｃ）は、第二工程の終盤の状態を示す。図５（Ｄ）は、第三工程を示す。 図５（Ａ）の超音波ホーンが第二部材の上方側に離間して位置する状態を斜め上方側から見た状態で示す斜視図である。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る接合体の製造方法及び接合体について図１〜図３を用いて説明する。図２には、本実施形態に係る接合体の製造方法に用いられる超音波ホーン１０の一部並びに接合対象の第一部材３２及び第二部材３４が斜め下方側から見た状態の斜視図で示されている。また、図３には、超音波ホーン１０がその軸線に沿って切断された状態の断面図で示されている。図３（Ａ）は、超音波ホーン１０の全体図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の３Ｂ部を拡大して示す部分拡大図である。初めにこの超音波ホーン１０について説明する。

（超音波ホーンの構成について）
図３（Ａ）に示されるように、超音波ホーン１０は、棒軸状とされ、先端側に形成された先端軸部１２と、先端軸部１２の基端側に対して段差状に拡径された（径寸法が先端軸部１２の径寸法よりも大きく設定された）拡径部１４と、を備えている。なお、本実施形態では、拡径部１４には、テーパ状部１６が連続して形成されており、このテーパ状部１６は、その先端側（図中右側）から基端側（図中左側）へ向けて徐々に拡径されている。また、テーパ状部１６の基端（図中左側）には円柱状の大径部１８が連続して形成されている。

図３（Ｂ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２は、その先端側を構成する円錐状の円錐部１２Ａと、円錐部１２Ａの基端側に連続して形成された円柱状の円柱部１２Ｂと、を備えている。また、拡径部１４の先端面１４Ａ側においては先端軸部１２の外周面の基端に連続して凹部１４Ｂが形成されている。本実施形態では、凹部１４Ｂの一対の側壁は、一例として凹部１４Ｂの底面に対して垂直に設定されている。図２に示されるように、この凹部１４Ｂは、超音波ホーン１０の軸線１０Ｘ（図３（Ａ）参照）周りに連続的に設定されており、環状の溝部を構成している。

図３（Ａ）に示される超音波ホーン１０は公知のブースタ２２（図中ではブロック化して二点鎖線で図示）に直列的に連結され、ブースタ２２は公知の超音波振動子２４（図中ではブロック化して二点鎖線で図示）に直列的に連結されている。ブースタ２２は超音波振動子２４による振動の振幅を増減して超音波ホーン１０に伝達するようになっている。これにより、超音波ホーン１０には、超音波振動が伝達されるようになっている。また、超音波ホーン１０とブースタ２２と超音波振動子２４とが連結された連結体２０は、公知の加圧装置２６（図中ではブロック化して二点鎖線で図示）によって、超音波ホーン１０の軸線１０Ｘに沿った方向に移動可能となっている。なお、加圧装置２６は、一例としてシリンダ装置を含んで構成されている。

（第一部材及び第二部材の構成について）
次に、図２を参照しながら、接合対象（被着体）である第一部材３２及び第二部材３４について説明する。

第一部材３２は、パネル状の部材とされ、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材（一例として本実施形態では炭素繊維を含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂材）により形成されている。繊維としては例えば長繊維、短繊維、織物等を適用することができる。繊維強化熱可塑性樹脂材を構成する熱可塑性樹脂には、公知の各種熱可塑性樹脂を使用することができる。本実施形態において適用可能な熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂（例えば、略号ＰＡ６等）、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）樹脂及びポリプロピレン（ＰＰ）樹脂等が挙げられる。また、熱可塑性樹脂材に含まれる繊維は、炭素繊維に代えて、例えばアラミド繊維、セルロース繊維、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、レーヨン繊維等の樹脂繊維、ガラス繊維、金属繊維等のような公知の各種繊維が適用されてもよい。

第一部材３２と重ね合わせられる第二部材３４は、パネル状の部材とされ、第一部材３２よりも軟質の材料により形成されている。具体的に説明すると、第二部材３４は、本実施形態では一例として繊維を含まない非強化熱可塑性樹脂材により形成されている。非強化熱可塑性樹脂材を構成する熱可塑性樹脂には、第一部材３２と同様に公知の各種熱可塑性樹脂を使用することができる。

なお、本実施形態の変形例として、第二部材（３４）は、第一部材（３２）よりも繊維を低比率で含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されていてもよい。この場合、第二部材（３４）に含有される繊維は、短繊維が好ましい。

（接合体の製造方法）
次に、図１を参照しながら、第一部材３２と第二部材３４とを超音波ホーン１０を用いて超音波溶着により接合することで第一部材３２と第二部材３４との接合体３０（図１（Ｄ）参照）を製造する方法、すなわち接合体３０の製造方法について説明する。図１には、本実施形態における接合体３０の製造方法の工程が断面図で示されている。

まず、図１（Ａ）に示される第一部材３２を図示しない固定冶具で固定した後、第一部材３２の一部の上に第二部材３４の一部を重ね合わせる。この重ね合わせ状態で実行される第一工程では、第二部材３４における第一部材３２との重合部３４Ｘに超音波ホーン１０の先端軸部１２の先端を当てて、超音波ホーン１０の先端軸部１２で第二部材３４に加圧及び加振する。そして、このように加圧及び加振しながら、図１（Ｂ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２により、第二部材３４における第一部材３２との重合部３４Ｘの一部を貫通して先端軸部１２と第二部材３４の貫通孔３４Ｈの内周面との間に隙間３８を形成する。換言すれば、第一工程では、第二部材３４に、超音波ホーン１０の先端軸部１２の外周面との間に隙間３８を設定可能な大きさの貫通孔３４Ｈを形成する。

また、この第一工程では、超音波ホーン１０の加振によって第二部材３４が振動することで、第一部材３２と第二部材３４との接触部３３に摩擦熱が発生し、第一部材３２と第二部材３４との接触部３３が溶融状態となる。これにより、第一部材３２と第二部材３４との接触部（対向面）が溶着（接合）される。なお、図中では第一工程で発生するバリの図示は省略している。

図１（Ｂ）には、第二部材３４における第一部材３２との重合部３４Ｘに貫通孔３４Ｈが設定されて超音波ホーン１０の先端軸部１２の外周面が貫通孔３４Ｈの内周面との間に隙間３８を形成する位置に配置された状態が示されている。第二工程では、この図１（Ｂ）に示された状態で超音波ホーン１０の先端軸部１２を第一部材３２に当てて加圧及び加振する。そして、超音波ホーン１０の先端軸部１２で加圧及び加振しながら、図１（Ｃ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２により第一部材３２に貫通穴３２Ｈを形成して超音波ホーン１０の拡径部１４の先端面１４Ａ側を第二部材３４に当てる。このようにすることで、第一部材３２から生じたバリの一部３２Ｚ（溶融状態の樹脂と繊維）を隙間３８及び超音波ホーン１０の凹部１４Ｂに流動させて当該バリの一部３２Ｚを第二部材３４に溶着させる。このバリの一部３２Ｚが超音波ホーン１０の凹部１４Ｂにまで回り込むことで、バリの一部３２Ｚが第二部材３４にまとわりつくように溶着された部分はボス形状に形成される。

また、本実施形態では、第二部材３４は、繊維を含まない非強化熱可塑性樹脂材により形成されている。これにより、第一部材３２から生じたバリの一部３２Ｚが、隙間３８及び超音波ホーン１０の凹部１４Ｂに流動する際には、繊維強化熱可塑性樹脂材に比べて軟質の第二部材３４が一部浸食される。このため、バリの一部３２Ｚが超音波ホーン１０の凹部１４Ｂの側へ向けて流動し易くなる。また、第二部材３４の貫通孔３４Ｈにおいて凹部１４Ｂに隣接する側の開口端が浸食されることで、その浸食された開口端にバリの一部３２Ｚが溶着された部分（第一コーナ部３２Ｅ（図１（Ｄ）参照））は湾曲状になる。なお、本実施形態では、第二部材３４の貫通孔３４Ｈにおいて第一部材３２の側の開口端も第一部材３２と第二部材３４との接触部３３から生じたバリにより浸食される。そして、その浸食された開口端にバリの一部３２Ｚが溶着された部分（第二コーナ部３２Ｆ（図１（Ｄ）参照））は湾曲状になっている。

なお、超音波ホーン１０の凹部１４Ｂの容積は、一例として流入予定のバリの体積と同等以上に設定されている。但し、超音波ホーン１０の凹部１４Ｂの容積はこのように設定されていなくてもよい。第二工程の後の第三工程では、図１（Ｄ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２が第一部材３２及び第二部材３４から引き抜かれる。

以上により、第一部材３２と第二部材３４との接合体３０が製造される。本実施形態では、超音波ホーン１０の先端軸部１２を第一工程及び第二工程に兼用することができるので、効率的に接合体３０を製造することができる。

（接合体の構成について）
ここで、図１（Ｄ）に示される接合体３０について説明する。なお、図１（Ｄ）に示される第一部材３２は、図１（Ａ）等に示される第一部材３２と形状が異なっているが、便宜上同一符号を付す。同様に、図１（Ｄ）に示される第二部材３４は、図１（Ａ）等に示される第二部材３４と形状が異なっているが、便宜上同一符号を付す。

図１（Ｄ）に示される第一部材３２は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成され、一般部３２Ａと、筒状部３２Ｂと、張出部３２Ｃと、を一体に備えている。なお、第一部材３２において筒状部３２Ｂの側とは反対側に略円錐筒状に形成されたバリ３２Ｄは切除される。一般部３２Ａは、平板状とされている。一般部３２Ａには、その板厚方向に貫通する貫通部３２Ｘが形成されている。

これに対して、筒状部３２Ｂは、貫通部３２Ｘにおいて第一部材３２の側の開口端から一般部３２Ａに対して離間する方向に延出されて円筒状に形成されている。この筒状部３２Ｂは、製造時に図１（Ｃ）に示される超音波ホーン１０の先端軸部１２の外周面と第二部材３４の貫通孔３４Ｈの内周面との間の隙間３８に流動したバリの一部３２Ｚが第二部材３４の貫通孔３４Ｈの内周面に溶着されて形成された部位である。図１（Ｄ）に示される貫通部３２Ｘ及び筒状部３２Ｂは、それらの中心軸の延在方向がいずれも一般部３２Ａの板厚方向と平行に設定されている。張出部３２Ｃは、筒状部３２Ｂの開口端から筒状部３２Ｂの半径方向外側に張り出しており、図１（Ｄ）の上方側から見て環状に形成されている。この張出部３２Ｃは、製造時に図１（Ｃ）に示される超音波ホーン１０の凹部１４Ｂの内側に流動したバリの一部３２Ｚが第二部材３４の表面に溶着されて形成された部位である。

一方、図１（Ｄ）に示される第二部材３４は、その一部が第一部材３２の一般部３２Ａの一部に重ね合わせられ、貫通孔３４Ｈが形成されている。そして、第二部材３４は、貫通孔３４Ｈの内周面が第一部材３２の筒状部３２Ｂの外周面と密接し、貫通孔３４Ｈの周囲部が第一部材３２における一般部３２Ａと張出部３２Ｃとの間に挟まれて保持されている。

ここで、第一部材３２の筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃは、繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されているので、仮に筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃが第二部材３４の側から荷重を受けても、筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃの変形が抑えられる。したがって、第一部材３２が第二部材３４を保持するための保持強度、換言すれば、第一部材３２と第二部材３４との接合強度（溶着強度）を向上させることができる。

また、本実施形態では、筒状部３２Ｂの外周面と張出部３２Ｃにおける第二部材３４の側の面とで構成されているコーナ部としての第一コーナ部３２Ｅが湾曲状に形成されている。このため、筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃが第二部材３４の側から荷重を受けた場合における筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃの変形が一層抑えられる。よって、第一部材３２と第二部材３４との接合強度を一層向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る接合体３０の製造方法及び接合体３０によれば、接合対象の一方が繊維強化熱可塑性樹脂材で形成されている場合の部材同士の接合強度を向上させることができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る接合体の製造方法及び接合体について、図４〜図６を用いて説明する。なお、本実施形態における超音波ホーン１０及び第一部材３２は、第１の実施形態と同様の構成となっている。また、本実施形態において第１の実施形態と同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。

（接合体の製造方法）
図４には、本実施形態に係る接合体の製造方法の第一工程が断面図で示されている。図４（Ａ）には、第一工程の開始時の状態が示され、図４（Ｂ）には、第一工程の終了時の状態が示されている。これらの図に示される第二部材４２は、パネル状の部材とされ、金属材料（例えば、鋼材やアルミニウム合金材等）により形成されている。

図４（Ａ）に示されるように、第一工程では、第二部材４２は、貫通孔が形成される部位の外周側が支持台４４によって支持されている。第二部材４２の上方側には、超音波ホーン１０（図６等参照）とは別の孔形成部材としてのポンチ４６が配置されており、第二部材４２がポンチ４６によって上方側から押圧される。これにより、図４（Ｂ）に示されるように、ポンチ４６が第二部材４２を打ち抜き、第二部材４２には、図６に示される超音波ホーン１０の先端軸部１２の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔４２Ｈが形成される（第一工程）。ここで、本実施形態では、後述する第二工程で第一部材３２から生じたバリの一部３２Ｚ（図５（Ｃ）参照）が流動しても浸食されないような硬質材料で第二部材４２が形成されているので、第二部材４２には予め大きめの貫通孔４２Ｈを形成しておくのが好ましい。なお、図４（Ｂ）では第二部材４２から打ち抜かれた部位を符号４２Ａで示している。

図５には、第一工程後の工程が断面図で示されている。また、図６には、図５（Ａ）の超音波ホーン１０が第二部材４２の上方側に離間して位置している状態が斜め上方側から見た状態の斜視図で示されている。

第一工程の後には、図５（Ａ）及び図６に示される第一部材３２を図示しない固定冶具で固定した後、第一部材３２の一部の上に第二部材４２の一部を重ね合わせる。そして、第二部材４２における第一部材３２との重合部４２Ｘに貫通孔４２Ｈが設定される状態にし、更に図５（Ｂ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２の外周面が貫通孔４２Ｈの内周面との間に隙間４８を形成する位置に配置された状態とする。

第二工程では、この図５（Ｂ）に示された状態で超音波ホーン１０の先端軸部１２を第一部材３２に当てて加圧及び加振する。そして、超音波ホーン１０の先端軸部１２で加圧及び加振しながら、図５（Ｃ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２により第一部材３２に貫通穴３２Ｈを形成して超音波ホーン１０の拡径部１４の先端面１４Ａ側を第二部材４２に当てる。このようにすることで、第一部材３２から生じたバリの一部３２Ｚ（溶融状態の樹脂と繊維）を隙間４８及び超音波ホーン１０の凹部１４Ｂに流動させて当該バリの一部３２Ｚを第二部材４２に溶着させる。第二工程の後の第三工程では、図５（Ｄ）に示されるように、超音波ホーン１０の先端軸部１２が第一部材３２及び第二部材４２から引き抜かれる。

以上により、第一部材３２と第二部材４２との接合体４０が製造される。なお、本実施形態に係る接合体４０の製造方法は、例えば、超音波ホーン１０で所定の貫通孔４２Ｈが形成できないような材料によって第二部材４２が形成されていても、適用可能である。

（接合体の構成について）
ここで、図５（Ｄ）に示される接合体４０について説明する。図５（Ｄ）に示される第一部材３２は、筒状部３２Ｂの外周面の両端側に湾曲状のコーナ部がない点を除いて、第１の実施形態の図１（Ｄ）に示される第一部材３２と同様の構成とされているので、便宜上同一符号を付す。また、図５（Ｄ）に示される第二部材４２は、その一部が第一部材３２の一般部３２Ａの一部に重ね合わせられ、貫通孔４２Ｈが形成されている。そして、第二部材４２は、貫通孔４２Ｈの内周面が第一部材３２の筒状部３２Ｂの外周面と密接し、貫通孔４２Ｈの周囲部が第一部材３２における一般部３２Ａと張出部３２Ｃとの間に挟まれて保持されている。

ここで、第一部材３２の筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃは、繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されているので、仮に筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃが第二部材４２の側から荷重を受けても、筒状部３２Ｂ及び張出部３２Ｃの変形が抑えられる。したがって、第一部材３２が第二部材４２を保持するための保持強度、換言すれば、第一部材３２と第二部材４２との接合強度（溶着強度）を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る接合体４０の製造方法及び接合体４０によれば、接合対象の一方が繊維強化熱可塑性樹脂材で形成されている場合の部材同士の接合強度を向上させることができる。

（実施形態の補足説明）
なお、第１の実施形態の変形例として、その第一工程では、図１に示される第一部材３２の一部と第二部材３４の全部とが重ね合わせられた状態とされてもよいし、第一部材３２の全部と第二部材３４の一部とが重ね合わせられた状態とされてもよい。また、第１の実施形態の他の変形例として、その第一工程では、第一部材３２の全部と第二部材３４の全部とが重ね合わせられた状態とされてもよい。

同様に、第２の実施形態の変形例として、その第二工程では、図５に示される第一部材３２の一部と第二部材４２の全部とが重ね合わせられた状態とされてもよいし、第一部材３２の全部と第二部材４２の一部とが重ね合わせられた状態とされてもよい。また、第２の実施形態の他の変形例として、その第二工程では、第一部材３２の全部と第二部材４２の全部とが重ね合わせられた状態とされてもよい。

また、図１及び図５等に示される第１、第２の実施形態の変形例として、接合体（３０、４０）は、第一部材３２の一般部３２Ａに第二部材３４、４２の全部が重ね合わせられていてもよい。

また、第１、第２の実施形態では、その第二工程において超音波ホーン１０の先端軸部１２により第一部材３２に貫通穴３２Ｈを形成しているが、第二工程では、超音波ホーン１０の先端軸部１２により第一部材３２に有底穴を形成してもよい。

また、第１、第２の実施形態では接合体３０、４０の第一部材３２の平板状の一般部３２Ａに貫通部３２Ｘが形成されているが、接合体の第一部材の平板状の一般部には、貫通部３２Ｘに代えて、有底穴部が形成されていてもよい。その場合、有底穴部の開口端は第二部材の側に設定され、筒状部は、有底穴部の開口端から第一部材の一般部に対して離間する方向に延出されている部位とされ、張出部は、前記筒状部の開口端から前記筒状部の半径方向外側に張り出している部位とされる。

また、上記第２の実施形態では、第二部材４２は金属材料により形成されているが、第２の実施形態の変形例として、金属製の第二部材４２に代えて、繊維強化熱可塑性樹脂材や非強化熱可塑性樹脂材により形成された第二部材が適用されてもよい。

また、上記実施形態の超音波ホーン１０の先端軸部１２は、その先端側が円錐部１２Ａとされているが、先端軸部１２は、円柱形状に形成されてもよいし、先端側が円錐台形状等のような他の形状に形成されていてもよい。

また、上記実施形態の超音波ホーン１０の凹部１４Ｂの一対の側壁は、凹部１４Ｂの底面に対して垂直に設定されているが、超音波ホーンの凹部の一対の側壁は、凹部の底面側へ向けて互いに接近するように傾斜していてもよい。

また、上記実施形態の超音波ホーン１０の凹部１４Ｂは、超音波ホーン１０の軸線１０Ｘ（図３（Ａ）参照）周りに連続的に設定されているが、超音波ホーンの凹部が超音波ホーンの軸線周りに断続的に設定されている構成も採り得る。但し、本実施形態のように、超音波ホーン１０の凹部１４Ｂは、超音波ホーン１０の軸線１０Ｘ（図３（Ａ）参照）周りに連続的に設定されているほうが好ましい。

なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 超音波ホーン
１０Ｘ 超音波ホーンの軸線
１２ 先端軸部
１４ 拡径部
１４Ａ 拡径部の先端面
１４Ｂ 凹部
３０ 接合体
３２ 第一部材
３２Ａ 一般部
３２Ｂ 筒状部
３２Ｃ 張出部
３２Ｅ 第一コーナ部（コーナ部）
３２Ｈ 貫通穴
３２Ｘ 貫通部
３２Ｚ バリの一部
３４ 第二部材
３４Ｈ 貫通孔
３４Ｘ 第二部材における第一部材との重合部
３８ 隙間
４０ 接合体
４２ 第二部材
４２Ｈ 貫通孔
４２Ｘ 第二部材における第一部材との重合部
４６ ポンチ（孔形成部材）
４８ 隙間

Claims (7)

1. 超音波振動が伝達される超音波ホーンを用いて、第一部材と第二部材とを超音波溶着により接合することで前記第一部材と前記第二部材との接合体を製造する、接合体の製造方法であって、
   前記超音波ホーンは、棒軸状とされ、先端側に形成された先端軸部と、前記先端軸部の基端側に対して段差状に拡径された拡径部と、前記拡径部の先端面側において前記先端軸部の外周面の基端に連続して形成されて前記超音波ホーンの軸線周りに設定された凹部と、を備え、
   前記第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成され、
   前記第二部材には、前記超音波ホーンの前記先端軸部の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔が形成されており、
   前記第一部材と前記第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、かつ前記第二部材における前記第一部材との重合部に前記貫通孔が設定されて前記先端軸部の外周面が前記貫通孔の内周面との間に隙間を形成する位置に配置された状態で、前記先端軸部を前記第一部材に当てて加圧及び加振しながら前記先端軸部により前記第一部材に有底穴又は貫通穴を形成して前記拡径部の先端面側を前記第二部材に当てることで、前記第一部材から生じたバリの一部を前記隙間及び前記凹部に流動させて、当該バリの一部を前記第二部材に溶着させる工程を有する、接合体の製造方法。
2. 超音波振動が伝達される超音波ホーンを用いて、第一部材と第二部材とを超音波溶着により接合することで前記第一部材と前記第二部材との接合体を製造する、接合体の製造方法であって、
   前記超音波ホーンは、棒軸状とされ、先端側に形成された先端軸部と、前記先端軸部の基端側に対して段差状に拡径された拡径部と、前記拡径部の先端面側において前記先端軸部の外周面の基端に連続して形成されて前記超音波ホーンの軸線周りに設定された凹部と、を備え、
   前記第一部材は、繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成されており、
   前記第二部材に、前記超音波ホーンの前記先端軸部の外周面との間に隙間を設定可能な大きさの貫通孔を形成する第一工程と、
   前記第一部材と前記第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、かつ前記第二部材における前記第一部材との重合部に前記貫通孔が設定されて前記先端軸部の外周面が前記貫通孔の内周面との間に隙間を形成する位置に配置された状態で、前記先端軸部を前記第一部材に当てて加圧及び加振しながら前記先端軸部により前記第一部材に有底穴又は貫通穴を形成して前記拡径部の先端面側を前記第二部材に当てることで、前記第一部材から生じたバリの一部を前記隙間及び前記凹部に流動させて、当該バリの一部を前記第二部材に溶着させる第二工程と、
   を有する接合体の製造方法。
3. 前記第一工程では、前記第一部材と前記第二部材とが少なくとも一部において重ね合わせられた状態で、前記第二部材における前記第一部材との重合部に前記超音波ホーンの前記先端軸部を当てて加圧及び加振しながら、前記先端軸部により、前記第二部材における前記第一部材との重合部の一部を貫通して前記先端軸部と前記第二部材の前記貫通孔の内周面との間に隙間を形成する、請求項２記載の接合体の製造方法。
4. 前記第一工程では、前記超音波ホーンとは別の孔形成部材により、前記第二部材に前記貫通孔を形成する、請求項２記載の接合体の製造方法。
5. 前記第二部材は、繊維を含まない非強化熱可塑性樹脂材により形成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
6. 繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂材により形成され、平板状とされて貫通部及び有底穴部の一方が形成されている一般部と、前記貫通部及び有底穴部の一方における開口端から前記一般部に対して離間する方向に延出されている筒状部と、前記筒状部の開口端から前記筒状部の半径方向外側に張り出している張出部と、を一体に備える第一部材と、
   前記第一部材の前記一般部に少なくとも一部が重ね合わせられ、前記筒状部の外周面と密接している内周面を備える貫通孔が形成されていると共に、前記貫通孔の周囲部が前記第一部材における前記一般部と前記張出部との間に挟まれて保持されている第二部材と、
   を有する接合体。
7. 前記第二部材は、繊維を含まない非強化熱可塑性樹脂材により形成され、
   前記筒状部の外周面と前記張出部における前記第二部材の側の面とで構成されているコーナ部が湾曲状に形成されている、請求項６記載の接合体。

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