JP4231745B2 - 振動溶着確認方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動溶着を行う際の成形体間の溶着を確認する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
振動溶着法により接合一体化を行う成形体間の強度を確保するには、溶着深さが1〜2mmとなるのが好ましいとされる。これは、この範囲を超えた溶着深さとしても、溶着バリが発生して強度向上の弊害を招くためである。
【0003】
従来の振動溶着法は、この深さに留めて振動溶着を行うため、試行錯誤により最適時間を求め、あるいは、両成形体間が所定間隔に接近した時点で振動溶着の作動期間を終了させている(例えば、特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−264255号公報(第3頁)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば、インストルメントパネルのような自動車部品の寸法規模に対して、上記の溶着深さの最適範囲は格段に小さく、溶着深さと両成形体の間隔変位との相関の信頼性を低下させる要因が介在し易い。即ち、両成形体間の接合面が理想通りの一対の平坦面から成ることはむしろ稀であり、実際には、接合面内の凹凸や傾斜により、両成形体間の相対位置や溶着位置が設定時と異なることがある。このため、両成形体の間隔変位は、振動溶着の進行を正確に反映していないことが危惧され、溶着の確認手段として問題がある。
【0006】
そして、このような危惧を内在したままで、流動的な生産ラインを組む場合、振動溶着後の工程で両成形体間の溶着不良品が発見されても、その時点に至るまでの間に、同一の不具合による大量の不良品が山積される事態もあり得る。
【0007】
本発明は、上記問題点に鑑み、溶着状態の確認を正確かつ即時に行い得る振動溶着確認方法を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、間隙を保って対向する一対の成形体を、該両成形体の一方から他方に至る延伸部先端の接合面を介して互いに圧接させた状態で、前記両成形体の一方を前記接合面と平行方向に振動して他方と溶着させる振動溶着の確認を行う方法において、一定ピッチ幅のパルス波形から成る第1の超音波を用い、振動中の前記一方の成形体内部経由で前記接合面に第1の超音波の照射をして、該第1の超音波の反射波形ピッチ幅が増大傾向になることを確認する第1超音波確認工程を有することを特徴とする。
また、一定ピッチ幅のパルス波形から成る第2の超音波を用い、前記第1超音波確認工程の後、前記間隙経由で前記他方の成形体の間隙対向面に第2の超音波の照射をして、該第2の超音波の反射波形ピッチ幅が短縮して、所定範囲に収束することを確認する第2超音波確認工程を行ってもよい。
【0009】
これによれば、成形体の振動により振動溶着が開始されると接合面が溶融するため、接合面近傍では、上記の第1の超音波の媒質が固相から液相に変化し、その伝播速度が遅くなる。そして、この溶融部分を通過した後の固体状態部分で反射した後、第1の超音波は再び液相を経て固相を通過する。このため、超音波の反射波形のピッチ幅は二度の液相部分の通過に対応して加算的に変化することになる。また、溶着進行に伴い生じる溶着深さに相当するだけ、両成形体の間隙は縮小するため、この間隙間を往復する第2の超音波の反射波形ピッチ幅も変化することになる。
【0010】
いずれの反射波形ピッチ幅も、溶着進行に伴って変化することが予想でき、一方の変化が想定外の要因(例えば、上記した接合面内の凹凸による成形体の傾斜)により生じても、他方の変化により追確認できるため、溶着状態の確認が正確なものとなる。なお、第1及び第2のパルス波形のピッチは、一定であれば両超音波間で同一でも異種のものでも良い。
【0011】
この場合、前記合否判断に用いるピッチ幅の具体的な変化は、第1の超音波の場合に、連続して増大するピッチ幅とする。第1の超音波が通過する溶融状態の液相部分が徐々に拡大することにより、反射波形のピッチ幅は連続的に増大傾向になると予想できるためである。
【0012】
そして、第2の超音波の反射波形ピッチ幅の変化は、第1の超音波での増大傾向発現に続く、ピッチ幅の所定範囲への収束とする。反射波形ピッチ幅の変化は、溶着面近傍での相変化(固相から液相)による第1の超音波のものが先行し、これが充分に進展して溶着深さの形で発現するまでに時間を要するため、この溶着深さに対応する第2の超音波の反射波形ピッチ幅の変化は遅行して発現することが予想される。このため、第1及び第2の超音波間のタイミングの相違をも判断要素に含むことができるのである。
【0013】
なお、溶着進行の際に溶着深さが増大して、両成形体間が接近し、これが反射波ピッチ幅を逆に短縮させる要因となるが、上記のように第1及び第2の超音波間で変化検知のタイミングを相違させているため、このことによる過誤判断は回避できる。
【0014】
そして、第1及び第2の超音波を別々に用いることにより、第1の超音波の反射波形ピッチ幅観測で溶着進行が所期通りであるか否かを確実に把握でき、しかも、第2の超音波の反射波形ピッチ観測で溶着終了の適否を振動溶着工程中に即時に判断できる。即ち、溶着部分の完全固化を待つ必要があった従来例と異なり、生産ライン中での不良品累積を早期に防止できることとなる。
前記第1の超音波と前記第2の超音波は、第1超音波確認工程の前段階で同時に照射を開始し、それぞれの反射波形ピッチ幅が一定であることを確認してもよい。
前記第1の超音波の周波数は、5M〜20MHzであり、前記第2の超音波の周波数は、5M〜20MHzであってもよい。
前記両成形体の一方の振動周波数は、100〜300Hzであってもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の方法を用いて、別体構成のインナパネル1とアウタパネル2とをインストルメントパネル3として一体化接合する際の振動溶着装置4の略断面図を示す。図1中、ダクト構成部材たるインナパネル1とアウタパネル2とは、インナパネル2の延伸突起部5が、アウタパネル2に達して当接するように、支持体6から分岐した支柱6aにより支持されている。なお、支持体6の他の支柱6b〜6dにおいても、それぞれ先端でインナパネル1を支持し、振動溶着時にインナパネル1とアウタパネル2との対向位置が離間しないようにするものである。
【0016】
そして、支柱6aの先端に振動子7が設置される。この振動子7は、延伸突起部5の基部8と面接触した状態で、インナパネル1を一体的に横振動させるもので、その振動数は100〜300Hzに設定される。また、後述するように振動子7は超音波センサを内在し、これにより検知された波形をオシロスコープなどの波形測定装置9で出力できるような構成としている。
【0017】
図2は、振動子7の断面拡大図であり、インナパネル1の外方側面に設置した振動子7が、設置面の反対側で延伸突起部5の裾部分5aより広範囲でインナパネル1に面接触する。そして、振動子7内には、延伸突起部5の裾部分5aに対応した表面10と、裾部分5から外れてインナパネル1とアウタパネル2との間隙12に対応した表面11とのそれぞれに超音波センサ13、14をそれぞれ設け、各センサ13、14でそれぞれ検知した超音波波形を測定装置9において選択的に出力できるように構成する。また、センサ13、14は周波数5M〜20MHzに固定されたパルス波形の超音波発信機も兼ねており、センサ13は、インナパネル1とアウタパネル2との接合面15に対してインナパネル1内部経由で第1超音波を照射すると共に、この接合面15からの反射波を測定し、一方、センサ14は、アウタパネル2の間隙対向面16に対して間隙12経由で第2超音波を照射し、この間隙対向面16よりの反射波を測定する。この際の、各超音波のパルス波形のピッチは、一定であれば両超音波間で同一でも異種のものでも良い。
【0018】
ところで、測定装置9により経時的に測定される各反射波形は、振動溶着の進行に伴って変化が生じるが、それらの変化は、図3で各超音波の入反射を対比すると理解し易い。即ち、溶着接合面15に対しては第1超音波31が、間隙対向面16に対しては第2超音波32が、それぞれ平行して入反射する場合、振動溶着以前では、溶着接合面15及び間隙対向面16が同一の固定反射面であり、間隙12間の距離も同一であるため、両超音波の入射波形及び反射波形のピッチ幅は同質で一定である。
【0019】
ところが、振動溶着が開始されると、接合面15が溶融しはじめ、その近傍で第1超音波31の媒質が固相から液相に変化し、固相通過時に比べ液相部分で伝播速度が遅くなる。本発明で用いる振動溶着の際には、入射された第1超音波31は、固相たる延伸突起部5を通過した後、液相たる溶融部分33付近で反射され、反射波がこれと逆の経路で超音波センサ13に到達する。このように第1超音波31は、伝播速度が低下する溶融状態の液相部分を通過することになり、振動溶着の進行に伴い、反射波波形のピッチ幅が、図4に示すように経時的に増大傾向となる。図4(a)〜(c)でそれぞれ示す波形ピッチは、振動溶着前(Ta)、振動溶着開始直後(Tb)及び振動溶着進展(Tc)の各時点での測定に対応する。
【0020】
一方、溶着の進行により接合面15で溶着深さが得られると、間隙12が縮小して第2超音波32の反射波形にも変化が現れるが、第1超音波31の変化として検知される接合面15の溶着に比べ時間差がある。即ち、溶着接合面15での相変化が生じれば直ちに第1超音波31に変化が現れるが、相変化の所期段階(振動溶着開始直後)ではマクロ的な溶着深さとしての発現には至らないのが通常である。そして、間隙12が縮小すれば、図3の超音波32の反射波形ピッチ幅の短縮として変化するため、これを検知することができる。換言すれば溶着終了のタイミングを間隔変位量に相関させて決定することが可能となる。
【0021】
そこで、本実施の形態において、振動溶着の確認を第1乃至第3の各工程により行うこととした。
【0022】
即ち、図5(a)に示すように、第1工程において、静止状態のインナパネル1の内部を伝播させてセンサ13から接合面15に照射した第1超音波31の反射波形ピッチを測定装置9にて測定すると共に、間隙12を伝播させてアウタパネル2の間隙対向面16に照射した第2超音波32の反射波形ピッチを測定装置9により測定する。
【0023】
本第1工程は、振動溶着開始前に行うものであるため、両超音波31、32のそれぞれの反射波形ピッチ幅は一定のはずである。逆に、この状態で、各ピッチ幅が変動するようであれば、インナパネル1とアウタパネル2との間の圧接に不備があることが推測される。このように反射波形ピッチの変調を以って振動溶着の前段階での不具合の有無の判断材料とすることができ、振動溶着の設定状態の確認をも行えることになる。
【0024】
次に、第2工程において、振動子7による振動開始後に、測定装置9により第1超音波31の反射波形ピッチを測定し、上記した第1工程に比べピッチ幅が増大傾向となることを確認する。上記したように振動溶着の進行に伴って溶融部分を通過する第1超音波31は、伝播速度に遅延が生じ、波形ピッチが遅行するため、ピッチ幅が増大する。即ち、第2工程で第1超音波31の反射波形ピッチが増大傾向になることを検知できれば、接合面15での溶着が所期通りに行われていることの判断材料となる(図5(b)参照)。
【0025】
さらに、第2工程において反射波形ピッチの増大傾向を判別した後に、続く第3工程において、振動溶着を続行した状態で、測定装置9により第2超音波32の反射波形ピッチを測定する。そして、第1工程に比べピッチ幅が所定範囲まで縮小することを確認する。即ち、第2工程での溶着確認の判断が正しければ、これに続いて溶着深さが得られ、これに伴って間隙12が減少するはずである。このため、間隙12の変位に対応する第2超音波32のピッチ幅変位を検知することにより、溶着部分の固化を待たずに、振動溶着確認をより正確に行うことができる。
【0026】
そして、この場合、第2超音波32の反射波形のピッチ幅は、間隙12の距離と相関して減少するので、所期間隔到達時に対応する収束範囲をあらかじめ参照値として把握しておけば、振動溶着の終了時にこのピッチ幅のぶれAがこれに対応して収まること、即ち、ピッチ幅自体が所定範囲に収束して安定することにより振動溶着の合否判定ができる。(図5(c)参照)
【0027】
なお、本実施の形態においては、自動車部品用に接合一体化させるインストルメントパネルを振動溶着対象としたが、本発明はこれに限定されることなく、熱可塑性樹脂を用いた振動溶着成形であれば、適用可能である。そして、このような熱可塑性樹脂として、ABS樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びそれらのガラス繊維入り樹脂等を例示することができる。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、第1及び第2の超音波をそれぞれ用いた工程を経由することにより、第1超音波の反射波形のピッチ幅増大により溶着進行が行われていることを判断でき、また、第2超音波の反射波形のピッチ幅収束を証左として第1超音波による溶着進行判断の適否を正しく確認できる。しかも、この確認を、工程中に即時的に行えるので、溶着部分の完全固化を待つ必要がないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】振動溶着装置の略断面図
【図2】図1の拡大図
【図3】第1及び第2超音波の入反射の対比図
【図4】第1超音波の反射波形ピッチの変化を示すグラフ図
【図5】振動溶着確認工程図
【符号の説明】
1 インナパネル
2 アウタパネル
3 インストルメントパネル
4 振動溶着装置
5 延伸突起部
7 振動子
9 オシロスコープ
12 間隙
13 14 超音波センサ
15 接合溶着面
16 間隙対向面
31 第1の超音波
32 第2の超音波
Claims (6)
- 間隙を保って対向する一対の成形体を、該両成形体の一方から他方に至る延伸部先端の接合面を介して互いに圧接させた状態で、前記両成形体の一方を前記接合面と平行方向に振動して他方と溶着させる振動溶着の確認を行う方法において、
一定ピッチ幅のパルス波形から成る第1の超音波を用い、
振動中の前記一方の成形体内部経由で前記接合面に第1の超音波の照射をして、該第1の超音波の反射波形ピッチ幅が増大傾向になることを確認する第1超音波確認工程
を有することを特徴とする振動溶着確認方法。 - 一定ピッチ幅のパルス波形から成る第2の超音波を用い、
前記第1超音波確認工程の後、前記間隙経由で前記他方の成形体の間隙対向面に第2の超音波の照射をして、該第2の超音波の反射波形ピッチ幅が短縮して、所定範囲に収束することを確認する第2超音波確認工程
を有することを特徴とする請求項1に記載の振動溶着確認方法。 - 前記第1の超音波と前記第2の超音波は、第1超音波確認工程の前段階で同時に照射を開始し、それぞれの反射波形ピッチ幅が一定であることを確認することを特徴とする請求項2に記載の振動溶着確認方法。
- 前記第1の超音波の周波数は、5M〜20MHzであることを確認することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の振動溶着確認方法。
- 前記第2の超音波の周波数は、5M〜20MHzであることを確認することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の振動溶着確認方法。
- 前記両成形体の一方の振動周波数は、100〜300Hzであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の振動溶着確認方法。
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