JP2018176443A - 樹脂接合体の製造方法、及び樹脂接合体 - Google Patents

Abstract

【課題】接触面の表面状態に依存せず、接合強度を母材強度同等にまで高めることが可能な樹脂接合体の製造方法、及び樹脂接合体を提供する。【解決手段】互いに接触する第１樹脂板１及び第２樹脂板２と、第１樹脂板１及び第２樹脂板２のいずれか一方の接触面に形成された凸部１２と、第１樹脂板１及び第２樹脂板２のいずれか他方の接触面に形成され凸部１２が挿入されている凹部２２と、を備えた樹脂接合体１００Ａの製造方法である。この製造方法は、凸部１２を凹部２２に挿入した状態で超音波振動させたホーン５２を第１樹脂板１、及び／若しくは、第２樹脂板２に押圧して、凸部１２、及び／若しくは、凹部２２を凸部１２の挿入方向に垂直な方向に変形させて変形部４を形成し、凸部１２及び凹部２２を、変形部４を介して互いに係合させることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂接合体の製造方法、及び樹脂接合体に関する。

樹脂部品の溶着の従来技術として、超音波によるスポット溶着方法が知られている。この従来技術は、２種の樹脂部品が重なり合った部分に超音波振動が印加されたホーンを適用し、部材と垂直な方向に圧力を加え、ホーン先端の凸形状部により樹脂材料に孔を開けながら溶かしていき、樹脂材料同士の溶着を行うものである。ホーンにより溶融された樹脂が２種の樹脂部品の両者に密着することで樹脂部品間の溶着強度が保たれ、且つシール性を得ることができる。

スポット溶着では、溶着時、樹脂２部品の境界がそのまま維持された状態で溶着されるのではなく、上側樹脂（ホーンが最初に刺し込まれた樹脂）が、ホーンに追従しながら下側樹脂に入り込んで溶着し、結果的にリング状の溶着部が形成される。

例えば、特許文献１では、互いに接触する２つの樹脂板の一方の接触面に凹部を形成し、超音波振動させたホーンを当該一方の樹脂板から凹部を貫通させて他方の樹脂板に刺し込み、凹部に形成された内部空間に溶融した樹脂を充填させることで接合強度を高める技術を開示している。

特公平６−５３３８９号公報

しかし、特許文献１等の従来技術では、接合強度を母材強度同等にまで高めることは困難である。また、接合強度は、接触面の汚れや表面粗さなどの表面状態に依存してばらつきが発生しやすいという問題がある。特に、特許文献１において充填させた樹脂が樹脂板の表面状態により接合に寄与しなくなる場合がある。

そこで、本発明は、接触面の表面状態に依存せず、接合強度を母材強度同等にまで高めることが可能な樹脂接合体の製造方法、及び樹脂接合体を提供することを目的とする。

本発明の一態様における樹脂接合体の製造方法、及び樹脂接合体は、互いに接触する第１の樹脂部品及び第２の樹脂部品と、第１の樹脂部品及び第２の樹脂部品のいずれか一方の接触面に形成された凸部と、第１の樹脂部品及び第２の樹脂部品のいずれか他方の接触面に形成され凸部が挿入されている凹部と、を備えた樹脂接合体の製造方法である。この製造方法は、凸部を凹部に挿入した状態で超音波振動させたホーンを第１の樹脂部品、及び／若しくは、第２の樹脂部品に押圧して、凸部、及び／若しくは、凹部を凸部の挿入方向に垂直な方向に変形させて変形部を形成し、凸部及び凹部を、変形部を介して互いに係合させることを特徴とする。

上記態様であれば、凸部と凹部が変形部を介して互いに係合し、変形部が第１の樹脂部品と第２の樹脂部品とを互いに引き離す力に対するアンカーとなるので、凸部を形成する樹脂材料、及び／若しくは、凹部の周囲を形成する樹脂材料の強度（樹脂材料のせん断強度）に基づいて第１の樹脂部品と第２の樹脂部品とを確実に接合させることができる。したがって、接触面の表面状態に依存せず、第１の樹脂部品と第２の樹脂部品との接合強度を母材強度同等にまで高めることが可能となる。

図１は、本実施形態の超音波溶着固定装置の例を示す模式図である。 図２は、第１実施形態の樹脂接合体を製造する際の第１樹脂板、第２樹脂板、及びホーンの配置を表す断面図である。 図３は、第１実施形態の樹脂接合体を製造する際のホーンを第１樹脂板に刺し込んだときの断面図である。 図４は、第１実施形態の樹脂接合体の断面図である。 図５は、第２実施形態の樹脂接合体を製造する際の第１樹脂板、第２樹脂板、及びホーンの配置を表す断面図である。 図６は、第２実施形態の樹脂接合体を製造する際のホーンを第１樹脂板及び第２樹脂板に刺し込んだときの断面図である。 図７は、第２実施形態の樹脂接合体の断面図である。 図８は、第３実施形態の樹脂接合体を製造する際の第１樹脂板、第２樹脂板、及びホーンの配置を表す断面図である。 図９は、第３実施形態の樹脂接合体の断面図である。 図１０は、第４実施形態の樹脂接合体を製造する際の第１樹脂板、第２樹脂体、及びホーンの配置を表す断面図である。 図１１は、第４実施形態の樹脂接合体の断面図である。 図１２は、第４実施形態の樹脂接合体を製造する際のホーンの第１樹脂板及び第２樹脂板に対する位置決め範囲を示す断面図である。 図１３は、第５実施形態の樹脂接合体の断面図である。 図１４は、第５実施形態の樹脂接合体であって、ホーンを第１樹脂板に刺し込んだときの断面図である。 図１５は、第６実施形態の樹脂接合体を製造する際の第１樹脂板、第２樹脂板、及びホーンの配置を表す断面図である。 図１６は、第６実施形態の樹脂接合体の断面図である。 図１７は、第７実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板の製造工程（無理抜き前）を表す断面図である。 図１８は、第７実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板の製造工程（無理抜き後）を表す断面図である。 図１９は、第８実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板の製造工程（無理抜き前）を表す断面図である。 図２０は、第８実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板の製造工程（無理抜き後）を表す断面図である。 図２１は、第９実施形態の樹脂接合体を製造する際の電子基板、及び電子素子の配置を表す断面図である。 図２２は、第９実施形態の樹脂接合体の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

［超音波溶着固定装置］
図１は、本実施形態の超音波溶着固定装置５の例を示す模式図である。本実施形態の超音波溶着固定装置５は、例えば第１樹脂板１（第１の樹脂部品）及び第２樹脂板２（第２の樹脂部品）を重ねた状態で、これらを溶着対象物として保持し、溶着対象物の所定位置にホーン５２を差し込んで、溶着対象物を溶着固定するものである。

図１に示すように、超音波溶着固定装置５は、ホーン５２を支持して超音波振動を印加する超音波振動部５１と、溶着対象物を保持するホルダ５３と、ホルダ５３を水平方向（Ｘ方向）に移動させる第１スライダ５６と、第１スライダ５６を水平方向（Ｙ方向：Ｘ方向と垂直な方向）に移動させる第２スライダ５７と、を有する。

超音波振動部５１は、図示しない支柱により支持され上下方向に移動可能となっている。超音波振動部５１は、超音波振動を発生させ、これをホーン５２に伝達する。

ホルダ５３を移動させる第１スライダ５６は、第２スライダ５７上部に取り付けられＸ方向に延びるレール５６１上を移動することができる。第１スライダ５６を移動させる第２スライダ５７は、基台５８に取り付けられＹ方向に延びるレール５７１上を移動することができる。

本実施形態の超音波溶着固定装置５によれば、溶着対象物の任意に位置において、ホーン５２を差し込んで溶着対象物を溶着させることができる。

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態の樹脂接合体１００Ａを製造する際の第１樹脂板１、第２樹脂板２、及びホーン５２の配置を表す断面図である。図３は、第１実施形態の樹脂接合体１００Ａを製造する際のホーン５２を第１樹脂板１に刺し込んだときの断面図である。図４は、第１実施形態の樹脂接合体１００Ａの断面図である。

第１実施形態の樹脂接合体１００Ａ（図４）は、第１樹脂板１（第１の樹脂部品）と、第２樹脂板２（第２の樹脂部品）が超音波振動させたホーン５２を用いて第１樹脂板１の一部を変形させることで互いに接合したものである。

第１樹脂板１及び第２樹脂板２の素材としては、熱可塑性樹脂が好適であり、例えば、アクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ／ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、エービーエス（ＡＢＳ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ／Ｎｏｒｙｌ）、ポリエーテルサルフォン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）、ポリサフルフォン（Ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）等の非晶性樹脂を適用できる。また、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｒｅｎｅ）、ポリアセタール（ＰＯＭ／Ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、ポリアミドナイロン（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ／Ｎｙｌｏｎ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタラート（ＰＢＴ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の半結晶性樹脂も適用できる。超音波溶着の適合性のため、第１樹脂板１及び第２樹脂板２は、同種材料を適用する必要があるが、非晶性樹脂であれば異種材料同士であっても溶着が可能な場合がある。

図２に示すように、第１樹脂板１には凸部１２が形成され、第２樹脂板２には凹部２２が形成されている。凸部１２は、第１樹脂板１の第２樹脂板２との接触面１１に形成されている。凹部２２は、第２樹脂板２の第１樹脂板１との接触面２１に開口部２２１を備えている。また、開口部２２１の内径は凸部１２の外径に等しい、またはやや大きくなるように形成されている。凹部２２には凸部１２が挿入される。このため、凸部１２の長さ及び凹部２２の深さは、第１樹脂板１の接触面１１と第２樹脂板２の接触面２１を互いに接触させたときに凸部１２の先端が凹部２２の底面に接触するように設計される。

さらに凹部２２には、深さ方向の途中位置から凹部２２の内径を拡大させる拡径部２２２が形成されている。よって、図２に示すように、凹部２２に凸部１２を挿入すると凸部１２の側面と拡径部２２２の内側側面の間に隙間２２３が形成される。

拡径部２２２は、凹部２２の底部周辺の内側側面において全周に亘って形成する必要はなく、少なくとも周方向の一部に形成すればよい。このため、凹部２２は、可動型（不図示）を用いて形成することができる。可動型は、例えば、外形が凸部１２と同じ形態の収容形態と、凸部１２の途中位置から拡径部２２２の外形に倣った部材が径方向（凸部１２の挿入方向に垂直な方向）に突出する拡張形態をとるものが適用できる。そして、可動型を拡張形態にした状態で樹脂成型を行い、成型後、可動型を収容形態にして凹部２２から可動型を取り出せばよい。

ホーン５２は、第１樹脂板１（及び第２樹脂板２）に刺し込むボス部５２１と、リング状のドーム部５２２と、を有する。ボス部５２１は少なくとも先端部５２１１が円錐形となっており、本体５２１２が円柱形、若しくは先端に向かうにつれて外径が小さくなるテーパー形状となっている。そして、先端部５２１１の先端（頂点）が第１樹脂板１に押し付けられる。ドーム部５２２は、ボス部５２１を刺し込むことで第１樹脂板１の表面から溢れ出た樹脂材料をせき止めて樹脂溜り３１（図３、図４）を形成する。なお、ボス部５２１及びドーム部５２２は、溶着対象物の形状、及び溶着形態に応じてその形状が設計される。

図２，図３に示すように、本実施形態の樹脂接合体１００Ａの製造工程としては、第１樹脂板１の接触面１１と第２樹脂板２の接触面２１とを互いに接触させ、且つ凸部１２を凹部２２に挿入させた状態で、超音波振動させたボス部５２１（ホーン５２）を第１樹脂板１の上面（裏面）であって凸部１２に対向する位置から押圧し（図２参照）、超音波振動により第１樹脂板１の樹脂材料を溶融させながらにボス部５２１の先端を凸部１２の長さ方向の途中位置（例えば、ドーム部５２２が第１樹脂板１に接触する位置）まで進入させる。その際、第１樹脂板１（凸部１２）が溶融した樹脂材料は、隙間２２３に延出して拡径部２２２の内側側面に密着し、残りの樹脂材料は第１樹脂板１の表面から溢れ出て、ドーム部５２２によりせき止められ樹脂溜り３１を形成する。

図４に示すように、ホーン５２を引き抜くことによって、溶融していた樹脂材料が凝固し、本実施形態の樹脂接合体１００Ａが形成される。このとき、ボス部５２１が抜かれた部分は溶融穴３２（凸部１２内の空洞）として残り、隙間２２３（図２）で凝固した樹脂材料は変形部４となる。

本実施形態の樹脂接合体１００Ａにおいては、凸部１２が超音波溶融により径方向に変形し変形部４が形成された形となっている。変形部４は、凹部２２内の拡径部２２２に入り込んでいる。よって、凸部１２と凹部２２は変形部４（及び拡径部２２２）によって、第１樹脂板１及び第２樹脂板２の厚み方向で互いに係合したオーバーハング構造を有している。したがって、樹脂接合体１００Ａにおいて、第１樹脂板１と第２樹脂板２を互いに離間する方向の力を印加しても、変形部４がアンカーとなり、凸部１２の樹脂材料の強度に基づいた接合強度により接合を維持することができる。

［第１実施形態の効果］
本実施形態に係る樹脂接合体１００Ａの製造方法は、互いに接触する第１樹脂板１及び第２樹脂板２と、第１樹脂板１（及び第２樹脂板２のいずれか一方の）接触面１１に形成された凸部１２と、（第１樹脂板１及び）第２樹脂板２の（いずれか他方の）接触面２１に形成され凸部１２が挿入されている凹部２２と、を備えた樹脂接合体１００Ａの製造方法である。この製造方法は、凸部１２を凹部２２に挿入した状態で超音波振動させたホーン５２を第１樹脂板１（、及び／若しくは、第２樹脂板２）に押圧して、凸部１２（、及び／若しくは、凹部２２）を凸部１２の挿入方向に垂直な方向（径方向）に変形させて変形部４を形成し、凸部１２及び凹部２２を、変形部４を介して互いに係合させることを特徴とする。

上記製造方法により実現する本実施形態の樹脂接合体１００Ａは、互いに接触する第１樹脂板１及び第２樹脂板２と、第１樹脂板１（及び第２樹脂板２のいずれか一方）の接触面１１に形成された凸部１２と、（第１樹脂板１及び）第２樹脂板２（のいずれか他方）の接触面２１に形成され凸部１２が挿入されている凹部２２と、凸部１２を形成する樹脂材料（、及び／若しくは、凹部２２を形成する樹脂材料）を超音波溶融により凸部１２の挿入方向に垂直な方向（径方向）に変形させて形成された変形部４と、を備え、凸部１２及び凹部２２は、変形部４を介して互いに係合していることを特徴とする。

上記構成によれば、凸部１２と凹部２２が変形部４を介して互いに係合し、変形部４が第１樹脂板１と第２樹脂板２とを互いに引き離す力に対するアンカーとなるので、凸部１２を形成する樹脂材料、及び／若しくは、凹部２２の周囲を形成する樹脂材料の強度（樹脂材料のせん断強度）に基づいて第１樹脂板１と第２樹脂板２とを確実に接合させることができる。したがって、接触面１１及び接触面２１の表面状態に依存せず、接合強度を母材強度同等にまで高めることが可能となる。

また、本実施形態に係る樹脂接合体１００Ａの製造方法は、第１樹脂板１の接触面１１に凸部１２を備え、第２樹脂板２の接触面２１に凹部２２を備えるとともに凹部２２において凹部２２の開口部２２１よりも拡径させた拡径部２２２を備え、ホーン５２を第１樹脂板１に押圧し第１樹脂板１の樹脂材料を溶融させながら凸部１２の内側となる位置まで刺し込み、溶融させた第１樹脂板１の樹脂材料を拡径部２２２に入り込ませて凝固させて変形部４を形成することを特徴とする。

よって、本実施形態に係る樹脂接合体１００Ａでは、凹部２２には、凹部２２の開口部２２１よりも内径が大きな拡径部２２２が形成され、変形部４は、凸部１２の側面から延出して拡径部２２２に入り込んでいる。これにより、凹部２２（拡径部２２２）に係合する変形部４を容易に形成することができる。

なお、本実施形態では、第１の樹脂部品及び第２の樹脂部品の一方として第１樹脂板１に凸部１２を形成し、他方として第２樹脂板２に凹部２２を形成したが、第１樹脂板１に凹部２２を形成し、第２樹脂板２に凸部１２を形成し、第２樹脂板２からホーン５２（ボス部５２１）を差し込んで図４と同様の形態としてもよい。また、変形部４が拡径部２２２に係合する構造を維持する限り、隙間２２３に必ずしも樹脂材料を完全に充填させる必要はない。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の樹脂接合体１００Ｂを製造する際の第１樹脂板１、第２樹脂板２、及びホーン５２の配置を表す断面図である。図６は、第２実施形態の樹脂接合体１００Ｂを製造する際のホーン５２（ボス部５２１）を第１樹脂板１及び第２樹脂板２に刺し込んだときの断面図である。図７は、第２実施形態の樹脂接合体１００Ｂの断面図である。

第２実施形態の樹脂接合体１００Ｂの製造方法は、ホーン５２を、凸部１２に貫通させて第２樹脂板２の厚み方向の途中位置まで刺し込むことを特徴とする。よって、第２実施形態の樹脂接合体１００Ｂでは、第１実施形態と同様に拡径部２２２及び変形部４が形成されるが、溶融穴３２は、凸部１２を貫通して第２樹脂板２の深さ方向の途中位置に底部を形成されている。

本実施形態では、ホーン５２のボス部５２１の長さを第１実施形態よりも長く設計し、例えばボス部５２１の先端とドーム部５２２の下部の高さ方向の差が第１樹脂板１の厚みと凸部１２の長さを足した寸法よりも大きくなるように設計されている。

図６に示すように、ドーム部５２２が第１樹脂板１に接触するまでボス部５２１を刺し込むことで、ボス部５２１の先端は、凸部１２を貫通して第２樹脂板２の厚み方向の途中位置まで到達する。このとき、凸部１２を形成している樹脂材料が溶融してボス部５２１が第２樹脂板２を溶融させた部分に移動する。

図７に示すように、ボス部５２１を引き抜くことにより溶融穴３２が形成される。本実施形態においても変形部４によるオーバーハング構造が形成されるが、凸部１２を形成する樹脂材料は、溶融穴３２の底部において第２樹脂板２に超音波溶着した溶着部３を形成する。

本実施形態の樹脂接合体１００Ｂは、第１実施形態同様の変形部４におけるせん断強度のみならず、溶着部３による溶着強度を有するので、第１実施形態よりも高い接合強度を得ることができる。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の樹脂接合体１００Ｃを製造する際の第１樹脂板１、第２樹脂板２、及びホーン５２の配置を表す断面図である。図９は、第３実施形態の樹脂接合体１００Ｃの断面図である。

第３実施形態の樹脂接合体１００Ｃの製造方法は、第１樹脂板１の接触面１１に凹部１３を備えるとともに上面（接触面１１の裏面）において凹部１３が空洞となる突出部１４を備え、第２樹脂板２の接触面２１に凸部２３を備える。そして、ホーン５２を突出部１４に押圧して凹部１３の底面から貫通させて凸部２３の内側となる位置まで刺し込んで凸部２３及び突出部１４を拡径させることで変形部４を形成することを特徴とする。

よって、第３実施形態の樹脂接合体１００Ｃでは、第１樹脂板１の接触面１１の裏面には突出部１４が形成され、凹部１３は、第１樹脂板１において突出部１４に空洞を形成するように形成され、凸部２３は、第２樹脂板２に形成され、突出部１４及び凸部２３を連通するとともに凸部２３の途中位置で底部を有する溶融穴３２が形成されている。そして、変形部４は、凸部２３、凹部１３、及び突出部１４を径方向に拡径されることで、凸部２３と凹部１３を互いに係合している。

図８に示すように、凸部２３の高さ、及び凹部１３の深さは、第１樹脂板１の接触面１１と第２樹脂板２の接触面２１を互いに接触させたときに凸部２３の先端が凹部１３の底面に接触するように設計されている。

突出部１４は、変形部４を形成しやすくするように、凹部１３により薄肉な空洞構造にすることが望ましい。また、凹部１３の内径は、凸部２３の外径と等しいかやや小さな寸法に設計することが好適である。凸部２３も変形部４を形成しやすくするように、ボス部５２１の外径よりもやや大きな寸法とし、ボス部５２１を刺し込むことで薄肉になるように設計することが好適である。

図９に示すように、樹脂接合体１００Ｃにおいて、突出部１４及び凸部２３を連通するとともに凸部２３の途中位置で底部を有する溶融穴３２が形成され、溶融穴３２の内壁は突出部１４の樹脂材料が凸部２３に超音波溶着した溶着部３となっている。変形部４は、凸部２３、凹部１３、及び突出部１４を径方向に拡径させたものとなっている。

本実施形態において、ボス部５２１は、凸部２３の高さ方向の途中位置（例えば、高さ方向で突出部１４の根元に到達する位置）までで刺し込みを止めているので、突出部１４の根元位置の外径はボス部５２１の刺し込みの前後で変化はない。よって、凸部２３及び突出部１４は、先端に向かうにつれて拡径するテーパー形状の変形部４を形成し、この変形部４がオーバーハング構造となり、第１樹脂板１と第２樹脂板２とを互いに引き離す力に対するアンカーとなっている。

本実施形態では、変形部４（凸部２３、突出部１４）における樹脂材料のせん断強度と、溶着部３による溶着強度により第１樹脂板１と第２樹脂板２の接合強度が得られており、接触面１１及び接触面２１の表面状態に依存しない接合強度を確保している。また、突出部１４、凹部１３、凸部２３は可動型を用いずに形成できるので、製造コストを削減することができる。

［第４実施形態］
図１０は、第４実施形態の樹脂接合体１００Ｄを製造する際の第１樹脂板１、第２樹脂板２、及びホーン５２（ボス部５２１）の配置を表す断面図である。図１１は、第４実施形態の樹脂接合体１００Ｄの断面図である。

第４実施形態の樹脂接合体１００Ｄの製造方法は、ホーン５２（ボス部５２１）の外径を、凸部２３の外径よりも大きくしたことを特徴とする。よって、第４実施形態の樹脂接合体１００Ｄは、変形部４は、凸部２３、凹部１３、及び突出部１４を径方向に拡径させたオーバーハング構造を有する。また突出部１４は、第３実施形態と異なり、厚肉の空洞構造となっている。

図１１に示すように、ボス部５２１を第３実施形態と同様に刺し込む。本実施形態では、ボス部５２１の先端部５２１１のみを刺し込めば十分であるが、ボス部５２１の本体５２１２まで刺し込んでもよい。これにより、先端部５２１１のテーパー角度に倣って突出部１４及び凸部２３の先端が円錐形状となり、突出部１４及び凸部２３が径方向に拡径した変形部４が形成される。また、凸部２３は、先端に向かうにつれて外径が大きくなるテーパー形状の外側側面と、先端に向かうにつれて内径が大きくなるテーパー形状の内側側面とが表裏一体となった皿型の形状を有し、内側側面には、突出部１４の樹脂材料が超音波溶着した溶着部３が形成されている。

本実施形態は、第３実施形態と同様に、変形部４（凸部２３、突出部１４）の樹脂材料のせん断強度と溶着部３の溶着強度による接合強度を有しているが、第３実施形態よりも変形部４を径方向に大きく変形させることができるので、第３実施形態よりも樹脂材料のせん断強度に係る接合強度を高くすることができる。また、突出部１４を厚肉に形成できるので、接合箇所の剛性を高めることができる。

図１２は、第４実施形態の樹脂接合体１００Ｄを製造する際のホーン５２の第１樹脂板１及び第２樹脂板２に対する位置決め範囲を示す断面図である。本実施形態において、ボス部５２１の位置決めの有効範囲は、ボス部５２１の先端と凸部２３の上端部とが平面視で重なる範囲となっている。ボス部５２１が当該範囲に配置される限り、図１１に示すオーバーハング構造と同等の構造を形成することができる。したがって、本実施形態のように。ボス部５２１の外径を凸部２３の外径よりも大きくすることで、ボス部５２１と溶着対象物との位置決めの範囲を広くとることができる。

［第５実施形態］
図１３は、第５実施形態の樹脂接合体１００Ｅを製造する際の第１樹脂板１、第２樹脂板２、及びホーン５２（ドーム部５２２）の配置を表す断面図である。図１４は、第５実施形態の樹脂接合体１００Ｅの断面図である。

第５実施形態の樹脂接合体１００Ｅの製造方法は、第１樹脂板１の接触面１１に凹部１５を備え、第２樹脂板２の接触面２１に凸部２４を備えるとともに、凸部２４は、先端に向かうにつれて拡径するテーパー形状である。ホーン５２（ドーム部５２２）は、凹部１５の内径よりも大きな内径を有するリング形状である。そして、ホーン５２を超音波振動させて平面視で凹部１５が内側となるように第１樹脂板１に押圧し、第１樹脂板１の凹部１５の周囲の樹脂材料を溶融させて凸部２４の側面に密着させて凝固させることで変形部４を形成することを特徴とする。

よって、第５実施形態の樹脂接合体１００Ｅでは、凹部１５は、第１樹脂板１に形成され、凸部２４は、第２樹脂板２に形成されるともに、先端に向かうほどに拡径するテーパー形状を有する。そして、変形部４は、第１樹脂板１の凹部１５の周囲の樹脂材料を超音波溶融させて凸部２４に密着するように形成され、凸部２４と凹部１５を互いに係合させている。

本実施形態において、ホーン５２は、ボス部５２１（図２）を有さず、ドーム部５２２のみで形成されている。第２樹脂板２に形成された凸部２４は、先端に向かうにつれて拡径するテーパー形状であるが、側面全周においてテーパー形状を有する必要はない。このため、凸部２４は可動型を用いて形成することが可能である。

凸部２４の断面形状は、円形が好適であるが、円形以外の断面形状として、三角形、四角形、その他の多角形も適用できる。凸部２４の高さは、凹部１５の深さと同じ寸法、または凹部１５の深さよりはやや小さくなる寸法となるように形成され、凸部２４を凹部１５に挿入しても第１樹脂板１の接触面１１と第２樹脂板２の接触面２１が互いに接触するようにしている。

図１３に示すように、凹部１５に凸部２４を挿入した場合、凹部１５の内側側面と凸部２４の側面との間には隙間１５１が形成されている。そして、図１４に示すように、ドーム部５２２を第１樹脂板１の上面に押し付けると第１樹脂板１の凹部１５の周囲の樹脂材料が溶融して隙間１５１に移動して凸部２４の側面に密着する。この状態でホーン５２を引き抜くと溶融した樹脂材料が凝固し、凹部１５は、その内側側面が凸部２４の側面形状に倣って形成された変形部４を有することになる。なお、ホーン５２を引き抜くと、第１樹脂板１の裏面には、ドーム部５２２の外形に倣ったリング状の溝１６が形成される。

本実施形態の樹脂接合体１００Ｅでは、凸部２４は先端に向かうにつれて拡径するテーパー形状を有し、これに変形部４が係合するオーバーハング構造となっており、変形部４及び凸部２４が第１樹脂板１と第２樹脂板２とを互いに引き離す力に対するアンカーとなっている。したがって、本実施形態においても、接触面１１及び接触面２１の表面状態に関わらず第１樹脂板１と第２樹脂板２を確実に接合させることができる。

［第６実施形態］
図１５は、第６実施形態の樹脂接合体１００Ｆを製造する際の第１樹脂板１、第２樹脂板２、及びホーン５２（ボス部５２１）の配置を表す断面図である。図１６は、第６実施形態の樹脂接合体１００Ｆの断面図である。

第６実施形態の樹脂接合体１００Ｆの製造方法は、第５実施形態の樹脂接合体１００Ｅを利用したものであり、変形部４を形成したのち、凸部２４よりも外径の大きなホーン５２（第２ホーン、ボス部５２１）を第１樹脂板１の凸部２４に対向する位置から差し込んで凸部２４及び凹部１５を凸部２４の挿入方向に垂直な方向（径方向）に変形させることを特徴とする。

よって、第６実施形態の樹脂接合体１００Ｆでは、凹部１５は、第１樹脂板１に形成され、凸部２４は、第２樹脂板２に形成されるともに、先端に向かうほどに拡径するテーパー形状を有する。そして、変形部４は、第１樹脂板１の凹部１５の周囲の樹脂材料を超音波溶融させて凸部２４に密着するように形成されている。

本実施形態において、凸部２４は、先端に向かうにつれて外径が大きくなるテーパー形状の外側側面と、先端に向かうにつれて内径が大きくなるテーパー形状の内側側面とが表裏一体となった形状を有し、内側側面には、第１樹脂板１の樹脂材料が超音波溶着した溶着部３が形成されている。

本実施形態の樹脂接合体１００Ｆにおいて、第５実施形態の樹脂接合体１００Ｅに比べて、変形部４をさらに径方向に広げた形（凸部２４のテーパー角が大きくなる）となるのみならず、凸部２４の上面に第１樹脂板１の樹脂材料が超音波溶着した溶着部３を有する構造となっている。したがって、第５実施形態よりも樹脂材料のせん断強度に係る接合強度が高くなっており、且つ溶着部３による溶着強度も追加されるので、第５実施形態よりも高い接合強度にすることができる。

［第７，第８実施形態］
図１７は、第７実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板２の製造工程（無理抜き前）を表す断面図である。図１８は、第７実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板２の製造工程（無理抜き後）を表す断面図である。図１９は、第８実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板２の製造工程（無理抜き前）を表す断面図である。図２０は、第８実施形態の樹脂接合体の第２樹脂板２の製造工程（無理抜き後）を表す断面図である。

第７実施形態及び第８実施形態は、第１実施形態または第２実施形態の変形例であり、第２樹脂板２が固定型６で形成可能な場合を表している。このような形態をとることにより、製造コストを削減することができる。

第７実施形態の樹脂接合体を構成する第２樹脂板２の凹部２２は、いわゆるバルジ形状となる拡径部２２２を有しており、固定型６には、凹部２２及び拡径部２２２の外形に倣って形成されたバルジ形状の突起６１が形成されている。第８実施形態の樹脂接合体を構成する第２樹脂板２の凹部２２は、凹部２２の底部に向かうにつれて内径が大きくなるテーパー形状の拡径部２２２を有しており、固定型６には、凹部２２及び拡径部２２２の外形に倣って形成されたテーパー形状の突起６１が形成されている。いずれの実施形態においても、第２樹脂板２の樹脂材料は可撓性を有するので、第２樹脂板２の樹脂成型後において、第２樹脂板２の凹部２２の開口部２２１を広げるように変形させながら、無理抜きで突起６１を凹部２２から抜き出すことで、固定型６から第２樹脂板２を取り出すことができる。

［第９実施形態］
図２１は、第９実施形態の樹脂接合体１００Ｇを製造する際の電子基板１Ａ、及び電子素子２Ａの配置を表す断面図である。図２２は、第９実施形態の樹脂接合体１００Ｇの断面図である。第９実施形態の樹脂接合体１００Ｇは、第７実施形態の樹脂接合体を応用したもので、電子基板１Ａ（第１の樹脂部品）と、電子基板１Ａに搭載される電子素子２Ａ（第２の樹脂部品）と、を備えたデバイス構造となっている。

本実施形態の樹脂接合体１００Ｇは、電動車両等に搭載するインバータに適用することが好適である。電子素子２Ａは、例えば電解コンデンサの周囲を樹脂で覆ったものであり、その接触面２１（実装面）には複数の凹部２２が形成され、当該凹部２２には、バルジ型の拡径部２２２が形成されている。一方、電子基板１Ａ（インバータケース）の凹部２２に対向する位置には凸部１２が形成され、凸部１２が凹部２２に挿入される形で電子素子２Ａが電子基板１Ａに実装される。

図示は省略するが、電子基板１Ａ（インバータケース）の接触面１１（実装面）には、電子素子２Ａと電気的に接続する接続電極や配線が配置されている。また、電子素子２Ａの外部には、内部にある電解コンデンサと、電子素子２Ａに配置された接続電極と、を電気的に接続するための外部電極が配置され、接続電極と外部電極がワイヤー等により接続されている。

本実施形態においては、電子基板１Ａの裏面において凸部１２に対向する位置から超音波振動させたホーン５２のボス部５２１（図２）を差し込み、ボス部５２１を凸部１２の長さ方向の途中位置のところまで刺し込む。これにより、凸部１２の樹脂材料が溶融して拡径部２２２に入り込んで密着する。そして、ボス部５２１を引き抜くことにより溶融穴３２が形成されるとともに、溶融した樹脂材料が凝固して拡径部２２２に入り込んだ樹脂材料が変形部４となる。これにより、凸部１２を備える電子基板１Ａと凹部２２を備える電子素子２Ａが変形部４を介して互いに係合したオーバーハング構造となり、変形部４が電子基板１Ａと電子素子２Ａとを互いに引き離す力に対するアンカーとなる。したがって、接触面１１及び接触面２１の表面状態に関わらず、電子素子２Ａを電子基板１Ａに確実に実装することができる。

本実施形態の樹脂接合体を形成するための装置として、図１に示す超音波溶着固定装置５を挙げたが、これに限らず、例えば、ハンド部に自由に回転できる機構を備えたものやロボットアームなどあるいは稼働・回転テーブルなど、上記形成ができる設備であれば、構成は問わない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１００Ａ 樹脂接合体
１ 第１樹脂板
１１ 接触面
１２ 凸部
２ 第２樹脂板
２１ 接触面
２２ 凹部
２２１ 開口部
２２２ 拡径部
４ 変形部

Claims (10)

1. 互いに接触する第１の樹脂部品及び第２の樹脂部品と、
   前記第１の樹脂部品及び前記第２の樹脂部品のいずれか一方の接触面に形成された凸部と、
   前記第１の樹脂部品及び前記第２の樹脂部品のいずれか他方の接触面に形成され前記凸部が挿入されている凹部と、を備えた樹脂接合体の製造方法であって、
   前記凸部を前記凹部に挿入した状態で超音波振動させたホーンを前記第１の樹脂部品、及び／若しくは、前記第２の樹脂部品に押圧して、前記凸部、及び／若しくは、前記凹部を前記凸部の挿入方向に垂直な方向に変形させて変形部を形成し、
   前記凸部及び前記凹部を、前記変形部を介して互いに係合させることを特徴とする樹脂接合体の製造方法。
2. 前記第１の樹脂部品の前記接触面に前記凸部を備え、
   前記第２の樹脂部品の前記接触面に前記凹部を備えるとともに前記凹部において前記凹部の開口部よりも拡径させた拡径部を備え、
   前記ホーンを前記第１の樹脂部品に押圧し前記第１の樹脂部品の樹脂材料を溶融させながら前記凸部の内側となる位置まで刺し込み、溶融させた前記第１の樹脂部品の樹脂材料を前記拡径部に入り込ませて凝固させて前記変形部を形成することを特徴とする請求項１に記載の樹脂接合体の製造方法。
3. 前記拡径部は、前記凹部の途中の深さ位置で拡径するバルジ形状、または前記凹部の底部に向かうにつれて拡径するテーパー形状を有することを特徴とする請求項２に記載の樹脂接合体の製造方法。
4. 前記ホーンを、前記凸部に貫通させて前記第２の樹脂部品の厚み方向の途中位置まで刺し込むことを特徴とする請求項２に記載の樹脂接合体の製造方法。
5. 前記第１の樹脂部品の前記接触面に前記凹部を備えるとともに当該接触面の裏面において前記凹部が空洞となる突出部を備え、
   前記第２に樹脂部品の前記接触面に前記凸部を備え、
   前記ホーンを前記突出部に押圧して前記凹部の底面から貫通させて前記凸部の内側となる位置まで刺し込んで前記凸部及び前記突出部を拡径させることで前記変形部を形成することを特徴とする請求項１に記載の樹脂接合体の製造方法。
6. 前記ホーンの外径を、前記凸部の外径よりも大きくしたことを特徴とする請求項５に記載の樹脂接合体の製造方法。
7. 前記第１の樹脂部品の前記接触面に前記凹部を備え、
   前記第２の樹脂部品の前記接触面に前記凸部を備えるとともに、前記凸部は、先端に向かうにつれて拡径するテーパー形状であり、
   前記ホーンは、前記凹部の内径よりも大きな内径を有するリング形状であり、
   前記ホーンを超音波振動させて平面視で前記凹部が内側となるように前記第１の樹脂部品に押圧し、前記第１の樹脂部品の前記凹部の周囲の樹脂材料を溶融させて前記凸部の側面に密着させて凝固させることで前記変形部を形成することを特徴とする請求項１に記載の樹脂接合体の製造方法。
8. 前記変形部を形成したのち、前記凸部よりも外径の大きな第２ホーンを前記第１の樹脂部品の前記凸部に対向する位置から差し込んで前記凸部及び前記凹部を前記凸部の挿入方向に垂直な方向に変形させることを特徴とする請求項７に記載の樹脂接合体の製造方法。
9. 前記第１の樹脂部品は、電子基板を構成し、前記第２の樹脂部品は電子素子を構成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の樹脂接合体の製造方法。
10. 互いに接触する第１の樹脂部品及び第２の樹脂部品と、
    前記第１の樹脂部品及び前記第２の樹脂部品のいずれか一方の接触面に形成された凸部と、
    前記第１の樹脂部品及び前記第２の樹脂部品のいずれか他方の接触面に形成され前記凸部が挿入されている凹部と、
    前記凸部を形成する樹脂材料、及び／若しくは、前記凹部を形成する樹脂材料を超音波溶融により前記凸部の挿入方向に垂直な方向に変形させて形成された変形部と、を備え、
    前記凸部及び前記凹部は、前記変形部を介して互いに係合していることを特徴とする樹脂接合体。

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