JP5192943B2 - 振動溶着方法 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂の振動溶着方法に関するものである。

従来から、合成樹脂より成る２以上の部材を振動溶着により溶着する方法が知られている。この振動溶着方法は、２つの部材を互いに当接し且つ加圧しながら相互に振動させることにより、各部材の当接面を溶融させて接合させるものであるが、溶着部位における各部材の両側面にはいわゆるバリが発生してしまい、製品の外観を損ねてしまう。しかも、このバリは、溶融した樹脂が冷却固化することにより形成されるものであるため、溶着部位が大きく隆起した状態となってしまい、簡単に除去することができない。そのため、振動溶着後において、切削や研削等の後処理を施すことによって発生したバリを切除し、外観の良好さを保っていた。

しかしながら、このような後処理は非常に煩雑であり作業工数が嵩んでしまう上に、処理後においてもバリの跡が残ってしまうという問題を有していた。

そこで、その問題を解消するものとして例えば特許文献１のものが知られている。この特許文献１のものは、樹脂性材料より成る車両用の吸気マニホールドであって、樹脂性材料から成る第一部材と第二部材とを互いに振動溶着することにより一体的に形成するものである。このものは、外観を良好に保ちたい側の外側面に、溶着部を覆うようにして壁部を設け、この壁部によって溶着時に発生するバリを覆い、製品完成時における外観上の仕上がりを良好に保っていた。

これにより、切削や研削等の煩雑な後処理をしないでも、一方の側面のみに壁部を設けるだけで良好な外観を保つことができるが、その反面、このような壁部の成形は複雑な形状となってしまうため、溶着前の各部材を成形するに当たり、コスト高や不良成形を招く原因となっていた。

ここで、振動溶着時において各部材に相互に付与される加圧力を高めることで、溶着部から発生するバリを薄く形成し、容易に除去できるバリを意図的に形成して、作業効率を向上させることが考えられる。しかしながら、通常、溶着時の加圧力を高めると溶着強度が低下してしまうため、溶着時における従来の加圧力を維持したまま振動溶着を行なう必要があり、バリを薄く形成できるこのような方法を採用することができなかった。
特開２００７−８１３４号公報

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、溶着強度を保ったまま、振動溶着時に発生するバリを、容易に取り除くことができる薄い形状に形成し、尚且つ、所望の部位にこのバリを形成することができる振動溶着方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、合成樹脂よりなる第一部材１の一端部を第一接合面１１とすると共に、合成樹脂よりなる第二部材２の一端部を第二接合面２１とし、第一接合面１１と第二接合面２１とを互いに当接し且つ加圧して振動させることにより溶着する振動溶着方法において、振動溶着前に第一部材１のバリを薄くしたい側の一方の側面と第一接合面１１とのなす隅に予め切欠３を設けておくと共に第二部材２の第一部材１の上記側面と同じ側の側面と第二接合面２１とのなす隅に予め切欠３を設けておき、前記第一接合面１１と前記第二接合面２１とを面接触させた状態で振動溶着を行なうことを特徴とするものである。

このような方法によれば、合成樹脂より成る部材のバリを薄くしたい側の側面に意図的に薄いバリを発生させることができると共に、バリを薄くしたい側とは反対側の側面においては溶着時の加圧による力が大きくならないので、かかる反対側の側面の溶着強度を保持又は向上させることができ、その結果、溶着面全体における溶着強度が低下することがない。その上、切欠３を設けるという簡単な構成を付与するのみで上記効果を奏することができるので、成形の際の不良品の発生を防ぐことができる。

また、請求項２に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、上記第一部材１を半球状で且つ内部に空所を有するボウル部１ａとすると共に該ボウル部１ａの開口周縁を第一接合面１１とし、上記第二部材２をボウル部１ａの開口周縁に取り付けられて平面視環状のリム部２ａとすると共に該リム部２ａの一端部を第二接合面２１とし、前記第一接合面１１の全長に亘って前記切欠３を設けると共に、前記第二接合面２１の全長に亘って前記切欠３を設けることを特徴とするものである。

このような方法によれば、請求項１の効果に加えて、振動溶着を行なう部位のすべてにおいて薄いバリを形成することができるので、より一層作業効率を向上させることができる。

また、請求項３に係る発明にあっては、請求項１に係る発明において、上記第一部材１を半球状で且つ内部に空所を有するボウル部１ａとすると共に該ボウル部１ａの開口周縁を第一接合面１１とし、上記第二部材２をボウル部１ａの開口周縁に取り付けられて平面視環状のリム部２ａとすると共に該リム部２ａの一端部を第二接合面２１とし、前記第一接合面１１の全長の一部に前記切欠３を設けると共に、前記第二接合面２１の第一接合面１１の切欠３と対向する部位に前記切欠３を設けることを特徴とするものである。

このような方法によれば、請求項１の効果に加えて、切欠３を設けない部位においては溶着面積を増大して溶着強度を強く保つことができるので、より一層溶着強度を高めながら、バリを除去する手間を少なくすることができる。

本発明によれば、切欠を設けるという簡単な構成を付与するのみで、意図的に所望の側面に、容易に除去することができる薄いバリを形成することができるので、発生したバリを綺麗に除去するための手間を減少させて、作業効率を向上させることができる。すなわち、簡単な構成によって、作業工数を低減させることができると共に良好な外観を呈する製品を製造することができる。

以下、本発明について添付図面に基づいて説明する。

本発明の実施例は図３に示すように、半球状で且つ内部に空所を有するボウル部１ａから成る第一部材１と、平面視環状のリム部２ａから成る第二部材２と、を振動溶着によって互いに溶融接合して便器の一部を構成する成形品を形成するものである。

第一部材１は、図３（ａ）に示すように、上方に向けて開口する半球容器形状を成しており、合成樹脂により形成されている。この開口部における端部の詳細を図２に示す。この第一部材１の端部は、開口端面（開口周縁）を第二部材２との当接面とする第一接合面１１としている。また、図２における矢印Ａは第一部材の外側を示しており、製品の外観に大きく影響する側面であるため、振動溶着において発生するバリを除去し易いようにしたい側であり、つまり、バリを薄くしたい側の側面である。この第一部材１におけるバリを薄くしたい側の側面と、前記第一接合面１１との成す隅（角部）には、切欠３が厚み方向の半部に満たない深さ（符合ｈ）で、且つ第一部材１の周方向の全長（全周）に亘って形成されている。

第二部材２は、図３に示すように、平面視リング状を成して形成されており、第一部材１と同様に合成樹脂により形成されている。この第二部材２の下端部には、第一部材１にある第一接合面１１に当接する第二接合面２１が設けられている。更に、この第二部材２の半径方向の側外方向の外面は製品の外観に大きく影響する側面であり、振動溶着時における除去し易いバリを形成したい側の側面であり、つまり、この外面がバリを薄くしたい側の側面であるといえる。そして、この第二部材２におけるバリを薄くしたい側の側面と、前記第二接合面２１との成す隅（角部）には、切欠３が厚み方向の半部に満たない深さ（符合ｈ）で、且つ第二部材２の周方向の全長（全周）に亘って形成されている。

このように形成された第一部材１と第二部材２とを振動溶着によって接合する。

図１に示すように、第一部材１の第一接合面１１と第二部材２の第二接合面２１とを互いに当接し且つ相互に加圧する。この状態で、第一部材１に形成された切欠３の半径方向に対し垂直な側面４ａと、第二部材２に形成された切欠の半径方向に対し垂直な側面４ｂとが略面一となり、この各部材１，２を当接した状態で一つの凹所４を環状に設けたようになっている。このように各部材１，２を当接し加圧した状態を維持したまま、この各部材１，２を相互に（半径方向に）振動させる。

これにより、第一接合面１１と第二接合面２１との当接面（接合面）において摩擦熱が発生する。更に振動を付与し続けることにより、各部材１，２の該当接面に近い部位から徐々に短くなると共に、部材を成す樹脂が溶融していき、その後、この溶融樹脂が冷却凝固することにより振動溶着が完了する。

このとき発生するバリは、図５に示すように、半径方向の内側（矢印Ｂ側）の面に形成されたバリは溶融した樹脂が隆起した大きなバリであるものの、バリを薄くしたい側の切欠を設けた側（矢印Ａ側）の面に形成されたバリは、バリは発生するものの薄く除去し易いものとなる。その結果、この外側に形成されたバリは簡単に除去することができ、その上、仕上がりもきれいであり良好な外観を呈する製品とすることができる。

しかも、振動溶着をするに当たり、加圧力を通常よりも強くすることなく、また、上記切欠３を部材の厚み方向（半径方向）の半部に満たない長さ（深さｈ）に形成しているため、溶着面積の減少に伴う溶着強度の低下を、最小限に抑えることができるようになっている。

さらに、各部材１，２を当接した状態で一つの凹所４を環状に設けたようになっているため、良好な外観を形成することができる。要するに、この凹所４の形状を設計上変更することにより、複雑な形状の凹所４であっても簡単に形成することができる。

次に、他の実施形態について図６に基づいて説明する。なお、本実施形態は図３に示す実施形態と大部分において同じであるため、同じ部分においては同符号を付して説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

本実施形態は、第一部材１と第二部材２とに形成された切欠３が周方向の一部にのみ形成されていることが相違している。すなわち、第一部材１のバリを薄くしたい側の側面と第一接合面１１との成す隅（角部）に設けられた切欠３と、切欠３の設けられていない第一接合面１１とが、周方向において９０°毎に交互に形成されている。

また、第二部材２においても同様に、第二部材２のバリを薄くしたい側の側面と第二接合面２１との成す隅（角部）に設けられた切欠３と、切欠３の設けられていない第二接合面２１とが、周方向において９０°毎に交互に形成されており、尚且つ、両部材１，２を当接した状態で、第一部材１の切欠３に対向する部位に第二部材２の切欠３が形成されるようになっている。

このような構成により、薄いバリを形成して容易にバリを除去できるようにしつつ、溶着面の面積を増大させることができる。その結果、バリの後処理に要する時間や作業工数を削減することができると共に、前述の実施例のものよりも溶着強度を増大させることができる。

以上、便器におけるリム部２ａとボウル部１ａに基づいて本発明を説明したが、第一部材１及び第二部材２は振動溶着を行なう部材であれば、すべてにおいて適用が可能である。また、第一部材１及び第二部材２を形成する合成樹脂は、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ＰＭＭＡ（PolymethylMethacrylate；ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ＡＡＳ（Acrylonitrile-Acrylate-Styreneresin）樹脂、ＰＡ（Polyamide；ポリアミド樹脂）等の熱可塑性樹脂を使用することができる。さらに、第一部材１と第二部材２の合成樹脂は、同種であっても異種であっても良く、特に限定されるものではない。

以下に、本発明の第一部材１の第一接合面１１と、第二部材２の第二接合面２１とを互いに当接し且つ加圧させた場合における応力分布を検証した実験結果について説明する。

図７に示すように、第一部材１と第二部材２とは同じ形状の樹脂を使用し、部材サイズとして、幅（符合；Ｗ）１２ｍｍ、厚み（符合；Ｔ）５ｍｍ、前後方向（長手方向）の長さ（符合；Ｌ）５０ｍｍ、切欠３の前後方向の長さ（符合：ａ）２０ｍｍ、切欠３の厚み方向の長さ（符合；ｂ）１ｍｍ、部材の弾性率３２１０ＭＰａ、ポアソン比０．３３とした。この第一部材１の第一接合面１１と、第二部材２の第二接合面２１とを互いに当接した状態で、前後方向（長手方向、すなわち長さＬに沿う方向）に１ｍｍ押込んだ時の応力解析を行なった。その応力解析の結果を図８に示す。図８において、点の密度が高いほど（点の間隔を狭く示した範囲ほど）応力の値が大きくなっている。

これによると、第一部材１及び第二部材２の接合面（第一接合面１１及び第二接合面２１）は、切欠３に近づくほど大きな応力となり、その反面、切欠３から離れるほど小さな応力となっていることが分かった。

本発明の一実施例の側面から見た要部外略図である。 同上の第一部材の斜視図である。 同上の全体斜視図であり（ａ）は分解斜視図であり、（ｂ）は溶着後の斜視図を示す。 同上の側断面図である。 同上の振動溶着後の側面から見た要部外略図である。 他の実施形態の斜視図である。 実験に使用した第一部材及び第二部材の実験時の斜視図である。 実験結果を説明する斜視図であり、第一部材の応力分布図である。

符号の説明

１ 第一部材
１ａ ボウル部
１１ 第一接合面
２ 第二部材
２ａ リム部
２１ 第二接合面
３ 切欠
４ 凹所

Claims (3)

1. 合成樹脂よりなる第一部材の一端部を第一接合面とすると共に、合成樹脂よりなる第二部材の一端部を第二接合面とし、第一接合面と第二接合面とを互いに当接し且つ加圧して振動させることにより溶着する振動溶着方法において、
   振動溶着前に第一部材のバリを薄くしたい側の一方の側面と第一接合面とのなす隅に予め切欠を設けておくと共に第二部材の第一部材の上記側面と同じ側の側面と第二接合面とのなす隅に予め切欠を設けておき、
   前記第一接合面と前記第二接合面とを面接触させた状態で振動溶着を行なう
   ことを特徴とする振動溶着方法。
2. 上記第一部材を半球状で且つ内部に空所を有するボウル部とすると共に該ボウル部の開口周縁を第一接合面とし、
   上記第二部材をボウル部の開口周縁に取り付けられて平面視環状のリム部とすると共に該リム部の一端部を第二接合面とし、
   前記第一接合面の全長に亘って前記切欠を設けると共に、前記第二接合面の全長に亘って前記切欠を設ける
   ことを特徴とする請求項１記載の振動溶着方法。
3. 上記第一部材を半球状で且つ内部に空所を有するボウル部とすると共に該ボウル部の開口周縁を第一接合面とし、
   上記第二部材をボウル部の開口周縁に取り付けられて平面視環状のリム部とすると共に該リム部の一端部を第二接合面とし、
   前記第一接合面の全長の一部に前記切欠を設けると共に、前記第二接合面の第一接合面の切欠と対向する部位に前記切欠を設ける
   ことを特徴とする請求項１記載の振動溶着方法。

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