JP4192839B2 - 振動溶着方法 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂成形品同士を振動溶着する方法に関するものである。
樹脂成形品同士を振動溶着する技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。この技術では、接触した状態の樹脂成形品同士を振動させ、その際に発生する摩擦熱で溶着を行う。
特開平５−３０９７３５号公報 特開平８−２３００４１号公報
樹脂成形品同士を振動溶着して樹脂製品を完成させる場合、その樹脂製品形状が複雑な場合には、振動溶着を２回以上に分けて行う必要が生じることがある。第１樹脂成形品と第２樹脂成形品と第３樹脂成形品を振動溶着する場合、まず第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着する。次に、第１樹脂成形品に溶着した第２樹脂成形品に、第３樹脂成形品を振動溶着する。
第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着するときに、第２樹脂成形品に形成されている第３樹脂成形品との溶着予定部位が、第２樹脂成形品が変形することによって、正規位置から逸脱してしまうことがある。このような事象が発生した第２樹脂成形品に第３樹脂成形品を振動溶着すると、第２樹脂成形品の第３樹脂成形品との溶着予定部位と、第３樹脂成形品がずれた状態のまま溶着されてしまう。
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、樹脂成形品同士がずれた状態のまま振動溶着されてしまうのを防止する技術を提供することを課題とする。
本発明の振動溶着方法は、第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着し、第１樹脂成形品に溶着した第２樹脂成形品に第３樹脂成形品を振動溶着する。この場合、第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着する際に、第２樹脂成形品の第３樹脂成形品との溶着予定部位であって、第２樹脂成形品の溶着予定部位と第３樹脂成形品の溶着予定部位を重ね合わせると第２樹脂成形品と第３樹脂成形品によって外部から位置決め不能となる溶着予定部位を、所定位置に拘束しながら振動溶着する。
この振動溶着方法によれば、第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着する際に、第２樹脂成形品の第３樹脂成形品との溶着予定部位が正規位置から逸脱しない。よって、樹脂成形品同士がずれた状態のまま振動溶着されてしまうのを防止することができる。
本発明の振動溶着方法に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。この実施形態では、最終的に、図１に示す溶着製品１０を製造する。溶着製品１０は、樹脂製の第１部材１２、第２部材１４、第３部材１６、第４部材１８を振動溶着で一体化したものである。溶着製品１０を製造するにあたっては、最初に、第１部材１２と第２部材１４を振動溶着する。次に、第３部材と第４部材を振動溶着する。最後に、第２部材と第３部材を振動溶着して溶着製品１０が完成する。
図２、図３に示すように、第１部材１２は、２つの柱状部２４、２４と、柱状部２４と柱状部２４を結ぶ連結部２２を有している。柱状部２４には、横断面が方形状の第１貫通孔２６が形成されている。図３に良く示されているように、連結部２２には、下方が開放された第１凹部２８が形成されている。第１部材１２の下部には、第１貫通孔２６、２６と第１凹部２８を囲んで延びる第１リブ２７が形成されている。
図４、図５に示すように、第２部材１４の両端部には、横断面が方形状の第２貫通孔３１、３１が形成されている。それぞれの第２貫通孔３１は、第１部材１２の第１貫通孔２６と同形状とされている。図５に良く示されているように、第２部材１４の中央部には、横断面が長方形状の第１中央貫通孔３３が形成されている。第１中央貫通孔３３の内部には、２つの第１内部部材３２、３２が設けられている。図４に示すように、第１内部部材３２は、その上部が結合部３５によって側壁３４と結合されている。第１内部部材３２には、横断面が方形状の第３貫通孔３８が形成されている。第２部材１４の上部には、第２貫通孔３１、３１と第１中央貫通孔３３を囲んで延びる第２リブ３６が形成されている。第２部材１４の下部には、第２貫通孔３１と第１中央貫通孔３３を囲んで延びる第３リブ３７が形成されている。また、第１内部部材３２の下部には、第３貫通孔３８を囲む第４リブ３９が形成されている。
図２、図４では図示を省略しているが、図６に示すように、第１リブ２７の下面と第２リブ３６の上面は平面ではなく、それぞれに凸部４２と凹部４１が設けられている。第１部材１２と第２部材１４を結合する際には、第１リブ２７の下面と第２リブ３６の上面が振動溶着される。後述する振動溶着されるリブとリブには、第１リブ２７と第２リブ３６に設けられているのと同様な凸部と凹部が形成されている。
図７に示すように、第１部材１２と第２部材１４を振動溶着するにあたっては、第１治具４４に第１部材１２をセットするとともに、第２治具４５に第２部材１４をセットする。この状態では、第１部材１２の第１リブ２７と第２部材１４の第２リブ３６が接触する。図８に示すように、第２治具４５は、基台部４６、基台部４６上に突設された２本の第１突設部４７、４７と、同じく基台部４６上に突設された２本の第２突設部４８、４８を有している。第１突設部４７と第２突設部４８の横断面は方形状であり、それぞれ第２部材１４の第２貫通孔３１と第３貫通孔３８に対応した寸法に形成されている。また、第１突設部４７と第２突設部４８の先端部はテーパー状に形成されている。第２治具４５に第２部材１４をセットすると、第２治具４５の第１突設部４７が第２部材１４の第２貫通孔３１に挿通され、第２治具４５の第２突設部４８が第２部材１４に設けられている第１内部部材３２の第３貫通孔３８に挿通される。このため、第２部材１４は、第２治具４５によって強固に拘束される。なお、第１突設部４７と第２突設部４８の先端部がテーパー状に形成されているので、第１突設部４７を第２貫通孔３１に挿通するのと、第２突設部４８を第３貫通孔３８に挿通するのが容易化されている。この状態で、第１治具４４と第２治具４５を振動させると、第１リブ２７の下面と第２リブ３６の上面が摩擦熱によって溶融し、第１部材１２と第２部材１４が振動溶着される。このときに、第２治具４５の第２突設部４８が第１内部部材３２を拘束しているので、第２部材１４の変形が抑制され、第１内部部材３２が正規位置から外れてしまうことが防止される。振動溶着によって一体化された第１部材１２と第２部材１４は剛性が高くなっている。このため、一体化された第１部材１２と第２部材１４を第１治具４４と第２治具４５から外しても、第１部材１２と第２部材１４は、第１治具４４と第２治具４５にセットされていた形状を維持する。従って、第１内部部材３２も第２治具４５によって拘束されていた形状、すなわち正規位置を維持する。
図９に示すように、第３部材１６の両端部には、横断面が方形状の第４貫通孔５１、５１が形成されている。第４貫通孔５１は、第２部材１４の第２貫通孔３１と同形状とされている。第３部材１６の第４貫通孔５１、５１に挟まれた部位には、横断面が長方形状の第２中央貫通孔５２が形成されている。第２中央貫通孔５２の内部には、２つの第２内部部材５３、５３が設けられている。それぞれの第２内部部材５３は、第２中央貫通孔５２の下部で、結合部位（図示省略）を介して側壁５４と結合されている。第２内部部材５３には、横断面が方形状の第５貫通孔５５が形成されている。第３部材１６の上部には、第４貫通孔５１と第２中央貫通孔５２を囲んで延びる第５リブ５６が形成されている。第２内部部材５３の上部には、第５貫通孔５５を囲む第６リブ５７が形成されている。第３部材１６の下部には、第４貫通孔５１と第２中央貫通孔５２を囲んで延びる第７リブ５８が形成されている。
図１０に示すように、第４部材１８の両端部には、横断面が方形状の第２凹部６０、６０が形成されている。第２凹部６０の横断面形状は、第３部材１６の第４貫通孔５１と同形状とされている。第４部材１８の第２凹部６０、６０に挟まれた部位には、横断面が長方形状の第３凹部６１が形成されている。第４部材１８の上部には、第２凹部６０、６０と第３凹部６１を囲んで延びる第８リブ６２が形成されている。
図１１に示すように、第３部材１６と第４部材１８を振動溶着するときには、第３治具７１に第３部材１６をセットするとともに、第４治具７２に第４部材１８をセットする。このようにセットすると、第３部材１６の第７リブ５８と第４部材１８の第８リブ６２が接触する。図１２に示すように、第３治具７１は、基台部７７、２本の第３突設部７３、２本の第４突設部７４を備えている。第３突設部７３と第４突設部７４は、基台部７７から突設されており、方形状の横断面を有している。第３突設部７３と第４突設部７４は、それぞれ第３部材１６の第４貫通孔５１と第５貫通孔５５に対応した形状に形成されている。第３治具７１に第３部材１６をセットした状態では、第３治具７１の第３突設部７３が第３部材１６の第４貫通孔５１に挿通される。また、第３治具７１の第４突設部７４が第３部材１６に設けられている第２内部部材５３の第５貫通孔５５に挿通される。
図１１に示すように、第４治具７２は、治具凹部７６を備えている。治具凹部７６は、第４部材１８に対応した形状に形成されている。第４部材１８は、第４治具７２の治具凹部７６にセットされる。
この状態で、第３治具７１と第４治具７２を振動させると、第３部材１６の第７リブ５８と、第４部材１８の第８リブ６２が摩擦熱によって溶融し、第３部材１６と第４部材１８が振動溶着される。この際に、第３治具７１の第４突設部７４が第２内部部材５３を拘束しているので、第３部材１６の変形が抑制され、第２内部部材５３が正規位置から逸脱してしまうのが防止される。
続いて、図１３に示すように、第５治具７８に一体化された第１部材１２と第２部材１４をセットするとともに、第６治具７９に一体化された第３部材１６と第４部材１８をセットする。この状態では、第２部材１４の第３リブ３７と、第３部材１６の第５リブ５６が接触する。また、第２部材１４に設けられている第１内部部材３２の第４リブ３９と、第３部材１６に設けられている第２内部部材５３の第６リブ５７が接触する。上述したように、第１部材１２と第２部材１４が振動溶着されるときに、第２部材１４の第１内部部材３２は、第２治具４５の第２突設部４８に拘束されることによって、正規位置から逸脱するのが防止されている。同様に、第３部材１６と第４部材１８が振動溶着されるときに、第３部材１６の第２内部部材５３は、第３治具７１の第４突設部７４に拘束されることによって、正規位置から逸脱してしまうのが防止されている。従って、一体化された第１部材１２と第２部材１４が第５治具７８にセットされ、一体化された第３部材１６と第４部材１８が第６治具７９にセットされた状態で、第２部材１４に設けられている第１内部部材３２の第４リブ３９と第３部材１６に設けられている第２内部部材５３の第６リブ５７は、その厚さ方向にずれることなく接触する。このまま第５治具７８と第６治具７９を振動させると、第２部材１４の第３リブ３７と第３部材１６の第５リブ５６が振動溶着される。同時に、第１内部部材３２の第４リブ３９と第２内部部材５３の第６リブ５７が振動溶着される。このようにして、第１部材１２、第２部材１４、第３部材１６、第４部材１８が振動溶着された溶着製品１０が完成する。第１内部部材３２の第４リブ３９と第２内部部材５３の第６リブ５７が厚さ方向にずれていない状態で振動溶着が行われているので、溶着後の第４リブ３９と第６リブ５７は、ずれることなくピッタリと結合される（リブの側面同士が滑らかに連続した状態で結合される）。
第５治具７８を第１治具４４と兼用し、第６治具７９を第４治具７２と兼用することもできる。
これに対して、例えば、図８に示す第２治具４５から突設部４８を除去したような治具を用いると、第２部材１４の第１内部部材３２が拘束されな状態で第１部材１２と第２部材１４が振動溶着されることになるので、第２部材１４が変形して第１内部部材３２が正規位置から逸脱してしまう。第１内部部材３２が正規位置から逸脱していると、一体化された第１部材１２と第２部材１４と、一体化された第３部材１６と第４部材１８を、それぞれ第５治具７８、第６治具７９にセットしたときに、第２部材１４の第１内部部材３２の第４リブ３９と第３部材１６の第２内部部材５３の第６リブ５７がずれてしまう。図１４は、ずれてしまった第４リブ３９と第６リブ５７を図示している。この状態では、第１内部部材３２と第２内部部材５３にアクセスすることができない。このため、ずれを矯正しながら振動溶着することもできない。本実施形態の振動溶着方法では、第１内部部材３２と第２内部部材５３が振動溶着される前に、それらが正規位置から逸脱してしまうのが防止されている。よって、第１内部部材３２と第２内部部材５３を、ずれることなく振動溶着することができる。
第１部材１２は請求項に記載の第１樹脂成形品に相当し、第２部材１４は請求項に記載の第２樹脂成形品に相当し、第３部材１６と第４部材１８は請求項に記載の第３樹脂成形品に相当する。
本発明に係る振動溶着技術を、自動車用エンジンのインテークマニホールドの製造に適用した場合と、適用しなかった場合について比較したので、その結果を記載する。
本実施例のインテークマニホールドは、図１５に示す第１マニホールド部材８７と第２マニホールド部材８８と、図１６に示す第３マニホールド部材８１と第４マニホールド部材８２を備えている。振動溶着にあたっては、第１マニホールド部材８７と第２マニホールド部材８８を振動溶着して一体化する。次に、第３マニホールド部材８１と第４マニホールド部材８２を振動溶着して一体化する。最後に、第２マニホールド部材８８に第４マニホールド部材８２を振動溶着してインテークマニホールドを完成させる。
図１５に示すように、第１マニホールド部材８７は、第１上治具８６にセットされる。第１下治具８９には、突設した第１ブロック部９０が形成されている。この第１ブロック部９０に、第２マニホールド部材８８に形成された第１マニホールド孔９１を挿通することにより、第２マニホールド部材８８が第１下治具８９にセットされる。第１マニホールド部材８７が第１上治具８６にセットされ、第２マニホールド部材８８が第１下治具８９にセットされた状態で、第１マニホールド部材８７と第２マニホールド部材８８を振動溶着する。第２マニホールド部材８８の第１マニホールド孔９１の経を「Ａ１」、第１下治具８９の第１ブロック部９０の経を「Ａ２」とする。第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」の正規寸法は「８０．０（ｍｍ）」であるが、振動溶着前に実測した寸法は「７８．５（ｍｍ）」であった。すなわち、図１７に示すように、振動溶着前の第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」は、正規寸法よりも「１．５（ｍｍ）」小さかった。なお、第１ブロック部９０の経「Ａ２」は、第２マニホールド部材８８のセット容易化を目的として、セット時には「７６（ｍｍ）」であり、セットしてから「８０．０（ｍｍ）」に経が大きくなる。
以上説明したようにして、第１上治具８６にセットした第１マニホールド部材８７と、第１下治具８９にセットした第２マニホールド部材８８を振動溶着し、溶着後の第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」を実測したところ、図１７に示すように、その値は正規寸法から「０．２（ｍｍ）」小さかった。第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」が正規寸法よりも「０．２（ｍｍ）」小さいのは、第１マニホールド孔９１を囲む部材のスプリングバック効果によるものである。
第１下治具８９に第１ブロック部９０を設けた効果を確認するため、第１ブロック部９０が存在しない第１下治具８９を用いて振動溶着したところ、図１７に示すように、溶着後の第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」の実測値は、正規寸法から「１．２（ｍｍ）」も小さかった。
図１６に示すように、第２上治具８０には、第３マニホールド部材８１をセットする。第２下治具８３には、突設した第２ブロック部８４が形成されている。第２下治具８３に第４マニホールド部材８２をセットする際には、第４マニホールド部材８２に形成された第２マニホールド孔８５に第２ブロック部８４を挿通させる。第２上治具８０に第３マニホールド部材８１がセットされ、第２下治具８３に第４マニホールド部材８２がセットされた状態で、第３マニホールド部材８１と第４マニホールド部材８２を振動溶着する。第４マニホールド部材８２の第２マニホールド孔８５の経を「Ａ３」とする。第２マニホールド孔８５の経「Ａ３」の正規寸法は、第２マニホールド部材８８の第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」と同寸の「８０．０（ｍｍ）」である。
第２マニホールド孔８５の経「Ａ３」を振動溶着前に実測したところ、図１８に示すように、その値は正規寸法よりも「２．８（ｍｍ）」小さかった。第２ブロック部８４の経「Ａ４」は、第４マニホールド部材８２のセット容易化を目的として、セット時には「７６（ｍｍ）」であり、セットしてから「８０．０（ｍｍ）」に経が大きくなる。
第２上治具８０にセットした第３マニホールド部材８１と、第２下治具８３にセットした第４マニホールド部材８２を振動溶着し、溶着後の第２マニホールド孔８５の経「Ａ３」を実測したところ、図１８に示すように、その値は正規寸法から「０．２（ｍｍ）」小さかった。
第１マニホールド孔９１と第２マニホールド孔８５が正規寸法（８０．０（ｍｍ））よりも「０．２（ｍｍ）」小さいのは、上述したようにスプリングバック効果によるものである。従って、スプリングバック効果を考慮して、第１下治具８９の第１ブロック９０と、第２下治具８３の第２ブロック８４の経をさらに大きくすることにより、第１マニホールド孔９１と第２マニホールド孔８５を正規の寸法（８０．０（ｍｍ））に形成することができる。このようにすると、第２マニホールド部材８８と第４マニホールド部材８２を、第１マニホールド孔９１と第２マニホールド孔８５が正規寸法でピッタリと合致した状態で、振動溶着することができる。
なお、第２ブロック部８４が存在しない第２下治具８３を用いて振動溶着したところ、図１８に示すように、溶着後の第２マニホールド孔８５の経「Ａ３」の実測値は、正規寸法から「２．２（ｍｍ）」小さかった。既に説明したように、第１ブロック部９０が存在しない第１下治具８９を用いて振動溶着した場合の第１マニホールド孔９１の経「Ａ１」の実測値は、正規寸法から「１．２（ｍｍ）」小さい。従って、第１ブロック部９０と第２ブロック部８４を設けない限り、第１マニホールド孔９１と第２マニホールド孔８５を合致するように振動溶着することはできない。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
溶着製品の斜視図。 第１部材の斜視図（下方視）。 第１部材の斜視図（上方視）。 第２部材の斜視図（下方視）。 第２部材に斜視図（上方視）。 振動溶着前のリブとリブの断面図。 治具にセットされた第１部材と第２部材の側面図。 第２治具の斜視図。 第３部材の斜視図。 第４部材の斜視図。 治具にセットされた第３部材と第４部材の側面図。 第４治具の斜視図。 治具にセットされた第１部材、第２部材、第３部材、第４部材の側面図。 振動溶着前のリブとリブの断面図（ずれが生じている場合）。 治具とマニホールド部材の断面図。 同上。 マニホールド部材の振動溶着前と振動溶着後の寸法を比較する表。 同上。
符号の説明
１０：溶着製品
１２：第１部材
１４：第２部材
１６：第３部材
１８：第４部材
２２：連結部
２４：柱状部
２６：第１貫通孔
２７：第１リブ
２８：第１凹部
３１：第２貫通孔
３２：第１内部部材
３３：第１中央貫通孔
３４：側壁
３５：結合部
３６：第２リブ
３７：第３リブ
３８：第３貫通孔
３９：第４リブ
４１：凹部
４２：凸部
４４：第１治具
４５：第２治具
４６：基台部
４７：第１突設部
４８：第２突設部
５１：第４貫通孔
５２：第２中央貫通孔
５３：第２内部部材
５４：側壁
５５：第５貫通孔
５６：第５リブ
５７：第６リブ
５８：第７リブ
６０：第２凹部
６１：第３凹部
６２：第８リブ
７１：第３治具
７２：第４治具
７３：第３突設部
７４：第４突設部
７６：治具凹部
７７：基台部
７８：第５治具
７９：第６治具
８０：第２上治具
８１：第３マニホールド部材
８２：第４マニホールド部材
８３：第２下治具
８４：第２ブロック部
８５：第２マニホールド孔
８６：第１上治具
８７：第１マニホールド部材
８８：第２マニホールド部材
８９：第１下治具
９０：第１ブロック部
９１：第１マニホールド孔

Claims (1)

  1. 第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着し、第１樹脂成形品に溶着した第２樹脂成形品に第３樹脂成形品を振動溶着する方法であり、
    第１樹脂成形品に第２樹脂成形品を振動溶着する際に、第２樹脂成形品の第３樹脂成形品との溶着予定部位であって、第２樹脂成形品の溶着予定部位と第３樹脂成形品の溶着予定部位を重ね合わせると第２樹脂成形品と第３樹脂成形品によって外部から位置決め不能となる溶着予定部位を、所定位置に拘束しながら振動溶着する方法。
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