JP5035200B2

JP5035200B2 - 溶着部材

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Publication number: JP5035200B2
Application number: JP2008251040A
Authority: JP
Inventors: 伸弘寺井; 貴彦佐藤; 武史小野
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP2010082813A

Description

本発明は、樹脂製の溶着部材に関する。本発明の溶着部材は、例えば、車両用エアバッグ装置の一部を構成し、樹脂製のインストルメントパネルに振動溶着される樹脂製のエアバッグドアとして使用できる。

樹脂製の相手材に振動溶着される樹脂製の溶着部材としては、例えば、エアバッグ装置のエアバッグドアが知られている。車両に搭載されるエアバッグ装置は、一般に、エアバッグユニットと、エアバッグユニットを収容するエアバッグドアとを持つ。エアバッグドアは、樹脂製であり、筒状をなすリテーナ部と、リテーナ部に一体化されインストルメントパネルの後面に対面するドア部とを持つ。エアバッグユニットはドア部の後面側（すなわちリテーナ部）に収容される。ドア部は略板状をなし、樹脂製のインストルメントパネルの後面に振動溶着される。また、ドア部は、通常時にはリテーナ部を閉じ、エアバッグ展開時にはリテーナ部を開く方向に揺動または変形する。

エアバッグドアは、振動溶着のためのリブ（溶着リブ）を持つ（例えば、特許文献１〜２参照）。溶着リブが相手材であるインストルメントパネルに振動溶着されることで、エアバッグドアはインストルメントパネルに固着される。

エアバッグが展開すると、エアバッグドアには大きな衝撃が加わる。このため、エアバッグドア用の樹脂材料は、例えばＴＰＯ等のエアバッグ展開時にも破損し難い材料が用いられている。一方、インストルメントパネル用の樹脂材料としては、例えばＰＰ等の軽量かつ高強度の材料が用いられている。このため、インストルメントパネル用の樹脂材料とエアバッグドア用の樹脂材料とは、線膨張係数が異なる場合が多い。よって、振動溶着された溶着リブおよびインストルメントパネルが熱収縮する際に、インストルメントパネルの表面に凹凸形状が生じる場合がある。この振動溶着の際に生じる凹凸形状は、インストルメントパネルの板厚が小さくなる程（インストルメントパネルが薄肉になる程）大きくなる。

ところで、近年、車両軽量化のために、種々の内装品を軽量化することが要求されている。インストルメントパネルを軽量化するためには、薄肉化が有効であると考えられるが、この場合には、上述したように振動溶着の際に生じる凹凸形状が大きくなり、インストルメントパネルの意匠性が悪化する。例えばインストルメントパネルの板厚を２．０ｍｍ程度にすると、インストルメントパネルの意匠性が著しく悪化する問題があった。
特開２００１−２９４１１４号公報特開２００４−３３８０９２号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、薄肉の相手材に振動溶着しても、相手材の意匠性悪化を抑制できる溶着部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の溶着部材は、樹脂製の相手材８に振動溶着される樹脂製の溶着部材１であって、
該相手材８の後面に対面する接合面２５を持つ本体部２と、
該接合面２５に形成され、突起状をなし、島状に点在する複数の溶着突部３と、を持ち、
該溶着突部３は、振動溶着時に溶融する溶融予定部３０と、該振動溶着時に残存して該相手材８の該後面に接合する接合予定部３１と、を持ち、
該接合予定部３１の先端部は、直径２ｍｍ以下であることを特徴とする。

以下、本発明の溶着部材における下記（１）の要素を要素（１）と呼ぶ。本発明の溶着部材は、下記の（２）〜（４）の何れかを備えるのが好ましく、（２）〜（４）の複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記接合予定部３１の先端部は、直径２ｍｍ以下である。
（２）前記接合予定部３１の先端部は、五角形以上の断面多角形状をなす。
（３）前記接合予定部３１の先端部は、断面円形状をなす。
（４）前記相手材８の板厚は２．０ｍｍ以下である。

（１）前記接合予定部３１の先端部は、直径２ｍｍ以下である。

（２）前記接合予定部３１の先端部は、五角形以上の断面多角形状をなす。

（３）前記接合予定部３１の先端部は、断面円形状をなす。

（４）前記相手材８の板厚は２．０ｍｍ以下である。

本発明の溶着部材は溶着突部を持つ。溶着突部は、振動溶着時に溶融する溶融予定部と、振動溶着時に残存する接合予定部とを持つ。接合予定部は、相手材の後面に接合する部分である。本発明の溶着部材では、接合予定部の先端部の直径を８ｍｍ以下と小さくすることで、相手材の意匠性悪化を抑制できる。すなわち、接合予定部の先端部の直径（以下、接合径と呼ぶ）を小さくすることで、溶着部材と相手材との単位面積あたりの接合面積（溶着面積）を小さくできる。このため、溶着部材および相手材に加わる単位面積あたりの熱量を小さくでき、単位面積あたりの溶着部材の収縮量と相手材の収縮量との差を小さくできる。このため、熱収縮による相手材表面の凹凸形状を抑制できる。よって、本発明の溶着部材は、薄肉の相手材に振動溶着しても、相手材の意匠性悪化を抑制できる。

また、本発明の溶着部材における溶着突部は、リブ状をなすのではなく、接合面に島状に点在している。したがって、本発明の溶着部材と相手材との接合部分は、島状に点在する。このため、本発明の溶着部材によると、溶着部材と相手材とに剥がれ方向の力が作用した場合、この力を広範囲に分散できる。さらに、溶着部材と相手材との接合部分が島状に点在することで、溶着部材と相手材との接合強度の偏りが小さくなる。本発明の溶着部材は、これらの協働によって、相手材に強度高く振動溶着できる。

上記（１）を備える本発明の溶着部材によると、接合径をさらに小さくすることで、相手材の意匠性悪化をさらに抑制できる。

上記（２）または（３）を備える本発明の溶着部材によると、接合径を小さくしつつ接合予定部の先端部の面積を大きくできる。また、溶着部材と相手材との接合強度の偏りをさらに小さくできる。このため、上記（２）または（３）を備える本発明の溶着部材は、相手材にさらに強度高く振動溶着できる。

以下、図面を基に、本発明の溶着部材を説明する。

（実施例１）
実施例１の溶着部材は、車両用のエアバッグドアであり、相手材であるインパネに振動溶着される。実施例１の溶着部材を模式的に表す斜視図を図１に示す。実施例１の溶着部材の要部拡大斜視図を図２に示す。実施例１の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図を図３に示す。実施例１の溶着部材を側方から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図を図４に示す。以下、実施例において上、下、左、右、前、後とは図１に示す上、下、左、右、前、後を指す。溶着突部の高さとは、前後方向の長さを指す。

図１に示すように、実施例１の溶着部材１は、本体部２と、複数の溶着突部３とを持つ。実施例１の溶着部材１はＴＰＯを材料としてなる。

本体部２は、リテーナ部２０と、２つのドア部２１とを持つ。リテーナ部２０およびドア部２１は一体成形されてなる。リテーナ部２０は、リテーナ本体部２２と、フランジ部２３とからなる。リテーナ本体部２２は前後方向に延びる略角筒状をなす。フランジ部２３は略額縁状をなし、リテーナ本体部２２の前端部に一体化されている。リテーナ部２０は、全体として略筒状をなす。フランジ部２３には図略のエアバッグユニットが収容される。

各ドア部２１は、略板状をなす。一方のドア部２１ａは、フランジ部２３の上側内周面に一体化されている。他方のドア部２１はフランジ部２３の下側内周面に一体化されている。ドア部２１のなかでフランジ部２３との境界部分は蝶番状をなす。このため、各ドア部２１はリテーナ部２０に対して揺動可能である。

実施例１の溶着部材１は、相手材８の後面側に配置される。フランジ部２３の前面および各ドア部２１の前面は、相手材８の後面に対面する。したがって、実施例１の溶着部材１におけるドア部２１の前面およびフランジ部２３の前面は、本発明の溶着部材１における接合面２５に相当する。

フランジ部２３および各ドア部２１の前面（接合面２５）には、それぞれ、複数の溶着突部３が形成されている。図２に示すように、各溶着突部３は、曲面を前方に向けた略半球状をなす。

図４に示すように、各溶着突部３は、溶融予定部３０と、接合予定部３１とを持つ。溶融予定部３０は、溶着突部３の前端部からなる。接合予定部３１は、溶着突部３の後端部（接合面２５側の端部）からなる。溶融予定部３０は、振動溶着時に溶融する部分である。また、接合予定部３１は振動溶着時に残存する部分であり、相手材８の後面に接合する部分である。実施例１の溶着部材１における溶着突部３は、振動溶着時に、高さ方向（図１中前後方向）に０．４ｍｍ溶融するように設計されている。したがって、実施例１の溶着部材１における溶融予定部３０は、溶着突部３の前端部から０．４ｍｍの部分である。接合予定部３１は溶着突部３の他の部分である。

実施例１の溶着部材において、左右方向に隣接する溶着突部３の接合予定部３１の先端部同士の距離（ピッチ）Ｗ１は２．４ｍｍである。上下方向に隣接する溶着突部３の接合予定部３１の先端部同士の距離（ピッチ）Ｗ２は２．４ｍｍである（図３）。接合径φ１（接合予定部３１の先端部の直径）は約２ｍｍである。接合予定部３１の後端部（接合面２５側の端部）の直径φ２は２．８ｍｍである。接合予定部３１の高さＨ１は１．２ｍｍである。溶融予定部３０の高さＨ２は０．４ｍｍである（図４）。

（参考例）
参考例の溶着部材は、溶着突部３の形状以外は実施例１の溶着部材と同じものである。参考例の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図を図５に示す。

参考例の溶着部材１における溶着突部３は、断面略正方形の角柱状をなす。

参考例の溶着部材１において、左右方向に隣接する溶着突部３のピッチＷ１は約８．３ｍｍである。上下方向に隣接する溶着突部３のピッチＷ２は７．６ｍｍである。接合径φ１は約７．１ｍｍである。接合予定部３１の先端部の左右方向の長さＬは５ｍｍである。接合予定部３１の先端部の上下方向の長さＷ３は５ｍｍである。接合予定部３１の高さＨ１（図略）は２ｍｍである。溶融予定部３０の高さＨ２（図略）は０．４５ｍｍである。なお、参考例の溶着部材１において、接合径φ１とは、接合予定部３１の先端部の最大直径を指す。以下、比較例１〜２に関しても同様である。

（比較例１）
比較例１の溶着部材は、溶着突部の形状以外は実施例１の溶着部材と同じものである。比較例１の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図を図６に示す。

比較例１の溶着部材１における溶着突部３は、断面長方形の略角柱状をなす。換言すると、比較例１の溶着部材１における溶着突部３は、短尺のリブ状をなす。

比較例１の溶着部材１において、左右方向に隣接する溶着突部３のピッチＷ１は７．５ｍｍである。上下方向に隣接する溶着突部３のピッチＷ２は７．６ｍｍである。接合径φ１は約１１．２ｍｍである。接合予定部３１の先端部の左右方向の長さＬは１０ｍｍである。接合予定部３１の先端部の上下方向の長さＷ３は５ｍｍである。接合予定部３１の高さＨ１（図略）は２ｍｍである。溶融予定部３０の高さＨ２（図略）は０．４５ｍｍである。

（比較例２）
比較例２の溶着部材は、溶着突部の形状以外は実施例１の溶着部材と同じものである。比較例２の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図を図７に示す。

比較例２の溶着部材１における溶着突部３は、断面長方形の略角柱状をなす。換言すると、比較例２の溶着部材１における溶着突部３は、長尺のリブ状をなす。

比較例２の溶着部材１において、左右方向に隣接する溶着突部３のピッチＷ１は５．５ｍｍである。上下方向に隣接する溶着突部３のピッチＷ２は７．６ｍｍである。接合径φ１は約４５．３ｍｍである。接合予定部３１の先端部の左右方向の長さＬは４５ｍｍである。接合予定部３１の先端部の上下方向の長さＷ３は５ｍｍである。接合予定部３１の高さＨ１（図略）は２ｍｍである。溶融予定部３０の高さＨ２（図略）は０．４５ｍｍである。

（評価試験）
実施例１、参考例および比較例１〜２の溶着部材１のドア部２１を所定形状に切り取って、各溶着部材１のテストピースを製作した。また、ＰＰを材料とする相手材８のテストピースを製作した。相手材８のテストピースは、溶着部材１のテストピースより僅かに大型である。実施例１、参考例および比較例１の溶着部材１のテストピースはそれぞれ１個ずつ製作し、比較例２の溶着部材１のテストピースは２個製作した。相手材８のテストピースとしては、板厚１．５ｍｍのものを３個製作し、板厚２．５ｍｍのものを１個製作し、板厚２．０ｍｍのものを１個製作した。各エアバッグのテストピースおよび各相手材８のテストピースを用いて、以下の試料１〜５を製作した。なお、各溶着部材１のテストピースには、２つの貫通孔（第１貫通孔５１）を形成した。各相手材８のテストピースには、第１貫通孔５１に対面する位置に、２つの貫通孔（第２貫通孔５２）を形成した。第２貫通孔５２は第１貫通孔５１よりも大径であった。

実施例１、参考例および比較例１の溶着部材１のテストピースを、それぞれ、板厚１．５ｍｍの相手材８のテストピースに振動溶着し、試料１〜３の溶着体を製作した。このときの振幅は３ｍｍであり、振動数は１０１．８Ｈｚであった。振動時間は、試料１の溶着体については、実施例１の溶着部材１のテストピースの溶着突部３が、高さ方向に０．４ｍｍ溶融するように設定した。試料２〜３の溶着体については、各溶着部材１のテストピースの溶着突部３が、高さ方向に０．４５ｍｍ溶融するように適宜設定した。

比較例２の溶着部材１のテストピースの一方を、板厚２．５ｍｍの相手材８のテストピースに振動溶着した（試料４）。また、比較例２の溶着部材１のテストピースの他方を、板厚２．０ｍｍの相手材８のテストピースに振動溶着した（試料５）。このときの振幅は３ｍｍであり、振動数は１０１．８Ｈｚであった。振動時間は、溶着部材１のテストピースの溶着突部３が、高さ方向に０．４５ｍｍ溶融するように設定した。

（溶着面割合測定試験）
各溶着部材１のテストピースにおける、接合予定部３１の先端面の面積の総和を算出した。そして、各溶着部材１のテストピースにおける接合面２５全体の面積（１００％）のなかで、この先端面の面積が占める割合（％）を算出した。各溶着部材１のテストピースにおける溶着面割合を表１に示す。

（意匠性評価試験）
試料１〜５の溶着体における相手材８のテストピース側の凹凸を測定し、試料１〜５の溶着体の意匠性を評価した。相手材８のテストピースの表面に生じている凹凸が５μｍ未満のものを特に意匠性に優れる（Ａ）と評価し、５μｍ以上１０μｍ未満の凹凸がみられるものをやや意匠性に劣る（Ｂ）と評価し、１０μｍ以上の凹凸がみられるものを意匠性に劣る（Ｃ）と評価した。試料１〜５の溶着体の意匠性を表１に示す。

（剥がれ強度測定試験）
図８に示すように、試料１および５の溶着体９における各第１貫通孔５１および第２貫通孔５２にアイボルト５５を挿通した。第２貫通孔５２にはナット５６を挿入し、このナット５６をアイボルト５５の先端に締結した。ナット５６は第２貫通孔５２に入り込み、相手材８における第１貫通孔５１の周縁部に当接した。試料１および５の溶着体９の端部を固定治具５７に固定し、アイボルト５５を図略の引張装置に取り付けた。そして、引張装置を溶着体９から離れる方向に移動させた。このとき、引張方向の荷重を徐々に増大させつつ、溶着部材１のテストピースが相手材８のテストピースから剥がれるまで、アイボルト５５を引っ張った。そして、溶着部材１のテストピースが相手材８のテストピースから剥がれた時点でアイボルト５５に加えていた引張方向の荷重を測定した。溶着部材１のテストピースが相手材８のテストピースから剥がれた時点における荷重が２９４Ｎ未満である場合を剥がれ強度に劣る（×）と評価し、２９４Ｎ以上１０００Ｎ未満である場合を剥がれ強度に優れる（○）と評価し、１０００Ｎ以上である場合を剥がれ強度に特に優れる（◎）と評価した。試料１、２、４、および６の溶着体の剥がれ強度を表１に示す。以下、溶着部材１のテストピースを単に溶着部材１と略し、相手材８のテストピースを単に相手材８と略する。

表１に示すように、試料４の溶着体が意匠性に優れるのに対し、試料５の溶着体は意匠性に劣る。これは、試料４の相手材８は板厚２．５ｍｍであるのに対し、試料５の相手材８は板厚２．０ｍｍであるためである。すなわち、板厚２．０ｍｍ以下の相手材８に、接合径４５．３ｍｍ以上の溶着部材１を振動溶着すると、相手材８の意匠性が悪化する。

また、接合径約１１．２ｍｍの溶着部材１を板厚１．５ｍｍの相手材８に振動溶着した試料３の溶着体は意匠性に劣る。これに対し、接合幅約７．１ｍｍの溶着部材１を板厚１．５ｍｍの相手材８に振動溶着した試料２の溶着体は意匠性に優れる。この結果から、接合径を８ｍｍ以下にすることで、相手材８の意匠性悪化を抑制しつつ、板厚２．０ｍｍ以下の相手材８に溶着部材１を振動溶着できることがわかる。すなわち、本発明の溶着部材１は、相手材８の意匠性悪化を抑制しつつ、板厚２．０ｍｍ以下の相手材８に振動溶着できる。

また、接合径約２．０ｍｍの溶着部材１を板厚１．５ｍｍの相手材８に振動溶着した試料１の溶着体は、接合径約７．１ｍｍの溶着部材１を板厚１．５ｍｍの相手材８に振動溶着した試料２の溶着体に比べてさらに意匠性に優れる。この結果から、接合径を２ｍｍ以下にすることで、相手材８の意匠性悪化をさらに抑制しつつ、板厚２．０ｍｍ以下の相手材８に溶着部材１を振動溶着できることがわかる。

また、試料１の溶着体は、試料５の溶着体よりも剥がれ強度に優れる。これは、試料５の溶着体における溶着部材１はリブ状をなす溶着突部３を持つのに対し、試料１の溶着体は島状に点在する溶着突部３を持つためであると考えられる。すなわち、試料１の溶着体と相手材８との接合部分は島状に点在するため、溶着部材１と相手材８とに作用した剥がれ方向の力が広範囲に分散する。また、溶着部材１と相手材８との接合強度の偏りが小さくなる。このため、試料１の溶着体における溶着部材１は相手材８に強度高く振動溶着でき、試料１の溶着体は剥がれ強度に優れると考えられる。

なお、溶着体の剥がれ強度を高めるためには、溶着面割合を大きくするのが有効である。一方、上述したように、相手材の意匠性悪化を抑制するためには接合径を小さくするのが有効である。溶着面割合を大きくし、かつ、接合径を小さくするためには、接合予定部３１の先端部を実施例１のように断面真円形状にするか、またはそれに近い形状にするのが良いと考えられる。すなわち、本発明の溶着部材において、接合予定部３１の先端部は、断面円形状または五角形以上の断面多角形状をなすのが好ましい。より好ましくは、接合予定部３１の先端部は、断面真円形状または五角形以上の断面正多角形状をなすのがよい。なお、接合予定部３１の先端部を断面真円形状またはそれに近い形状にすることで、個々の溶着突部３と相手材８との接合部分における接合強度の偏りを小さくできる。このため、この場合には溶着体の剥がれ強度をさらに向上させることができる。

溶着突部３の直径は、振動溶着時における溶着突部３の溶融高さに応じて適宜設定すれば良い。例えば、溶着突部３をテーパ状にする場合には、溶着突部３の溶融高さに応じて接合予定部３１の先端部の位置を設定し、この先端部の直径（接合径φ１）が８ｍｍ以下になるように溶着突部３の形状を設計すれば良い。

本発明の溶着部材１における溶融予定部３０の先端部は、平面状をなしても良いし、曲面状や尖端形状をなしても良い。溶融予定部３０の先端部の幅が小さい程、振動溶着時の抵抗が小さくなる。

なお、本発明の溶着部材は、エアバッグドアに限らず、相手材に振動溶着される種々の物品として使用できる。

実施例１の溶着部材を模式的に表す斜視図である。実施例１の溶着部材の要部拡大斜視図である。実施例１の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図である。実施例１の溶着部材を側方から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図である。参考例の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図である。比較例１の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図である。比較例２の溶着部材を相手材側から見た様子を模式的に表す要部拡大説明図である。剥がれ強度測定試験において、各試料の溶着体にアイボルトおよびナットを取り付けた様子を模式的に表す説明図である。

符号の説明

１：溶着部材（エアバッグドア）２：本体部３：溶着突部
８：相手材（インパネ）２５：接合面３０：溶融予定部
３１：接合予定部

Claims

樹脂製の相手材に振動溶着される樹脂製の溶着部材であって、
該相手材の後面に対面する接合面を持つ本体部と、
該接合面に形成され、突起状をなし、島状に点在する複数の溶着突部と、を持ち、
該溶着突部は、振動溶着時に溶融する溶融予定部と、該振動溶着時に残存して該相手材の該後面に接合する接合予定部と、を持ち、
該接合予定部の先端部は、直径２ｍｍ以下であることを特徴とする溶着部材。
前記接合予定部の先端部は、五角形以上の断面多角形状をなす請求項１に記載の溶着部材。
前記接合予定部の先端部は、断面円形状をなす請求項１に記載の溶着部材。
前記相手材の板厚は２．０ｍｍ以下である請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の溶着部材。