JP5377932B2 - 樹脂成形品の振動溶着構造及び振動溶着方法 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂製第１パネルと樹脂製第２パネルとを圧接させた状態で振動させることにより溶着一体化してなる樹脂成形品の振動溶着構造及び振動溶着方法の改良に関するものである。
従来、樹脂製パネルとして、ソリッド層のみからなる単層構造のものや、外側のソリッド層の内部に発泡層が一体に設けられた２層構造のものなどが知られている。
特許文献１には、樹脂成形品の振動溶着構造として、自動車のインストルメントパネルに装着されるグローブボックスのリッドが挙げられている。このリッドは、リッドインナパネルとリッドアウタパネルとからなり、両パネルが共にソリッド層のみからなる単層構造である。リッドインナパネル裏面には、複数個の溶着リブが振動溶着時における振動方向に延びるように一体に突設され、これら溶着リブ先端面をリッドアウタパネル裏面に圧接させた状態で振動させることにより、リッドインナパネルとリッドアウタパネルとを溶着一体化している。
特開２００４−５８４６８号公報
しかし、上記特許文献１のように、溶着リブ先端面のみをリッドアウタパネル裏面に溶着させると、樹脂成形品の構造や溶着リブの数等によっては、溶着強度が不足してしまうことがある。また、リッドインナパネル及びリッドアウタパネルがソリッド層のみからなる単層構造であるため、リッドの重量が大きくなる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、２個の樹脂製パネルを振動溶着により強固に一体化するとともに軽量化した樹脂成形品を得ることにある。
上記の目的を達成するため、本発明は、少なくとも一方のパネルにソリッド層と発泡層との２層構造を採用し、当該一方のパネルの発泡層を溶着箇所として利用したことを特徴とする。
具体的には、本発明は、樹脂製第１パネルと樹脂製第２パネルとを圧接させた状態で振動させることにより溶着一体化してなる樹脂成形品の振動溶着構造を対象とし、次のような解決手段を講じた。
すなわち、請求項１に記載の発明は、上記第１パネルは、表裏面に形成された薄肉のソリッド層と、該ソリッド層に挟まれ内部に多数の空隙を有する発泡層とを備えたパネル本体とを有し、上記第２パネルは、上記第１パネルのパネル本体裏面に対向するパネル本体を有し、当該パネル本体裏面には、パネル面に沿って延びるソリッドからなる溶着リブが一体に突設され、振動溶着時、上記溶着リブ先端面を上記第１パネル本体裏面に圧接させながら溶着リブを長手方向にパネル面に沿って往復振動させることで、上記溶着リブ先端部は、上記第１パネルのパネル本体裏面側ソリッド層を突き破って発泡層に侵入し、該溶着リブ先端部周りの発泡層が溶融固化したソリッド部分により覆われて上記発泡層及び上記パネル本体裏面側ソリッド層と溶着一体化されていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の樹脂成形品の振動溶着構造において、上記第２パネルのパネル本体は、表裏面に形成された薄肉のソリッド層と、該ソリッド層に挟まれ内部に多数の空隙を有する発泡層とを備えていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の樹脂成形品の振動溶着構造において、上記第２パネルのパネル本体の溶着リブ突設箇所には、当該パネル本体表裏面に形成されたソリッド層よりも厚肉のソリッドからなるベース層が、当該パネル本体表裏面のソリッド層を一体に連結するように形成され、当該ベース層には、上記溶着リブが一体に突設されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、表裏面に形成された薄肉のソリッド層と、該ソリッド層に挟まれ内部に多数の空隙を有する発泡層とを備えたパネル本体を有する上記第１パネルと、パネル本体を有し、該パネル本体裏面にパネル面に沿って延びるソリッドからなる溶着リブが一体に突設された第２パネルとを用意し、上記第１パネルのパネル本体裏面と上記第２パネルのパネル本体裏面とを互いに対向させた状態で、上記溶着リブ先端面を上記第１パネルのパネル本体裏面に圧接させながら溶着リブを長手方向にパネル面に沿って往復振動させることで、上記溶着リブ先端部が、上記第１パネルのパネル本体裏面側ソリッド層を溶融させて該ソリッド層を突き破って発泡層に侵入し、溶着リブ先端部周りの発泡層が溶融固化したソリッド部分により覆われて上記発泡層及び上記パネル本体裏面側ソリッド層と溶着一体化し、上記第１パネルと上記第２パネルとが溶着一体化してなる樹脂成形品を得ることを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、溶着リブ先端部が、第１パネルの発泡層に侵入してパネル本体裏面側ソリッド層のみならず、発泡層とも溶着一体化されているので、ソリッド層表面のみに溶着した場合に比べて溶着面積が大きくなり、高い溶着強度が得られる。その結果、溶着リブのぐらつきが防止され、第１パネルと第２パネルの結合状態が確実に安定する。
さらに、第１パネルのパネル本体の内部が発泡層で構成されているので、第１パネルをソリッド層のみで構成した場合に比べて樹脂成形品の重量が軽減（軽量化）されるとともに、樹脂材料費が低減される。
請求項２に係る発明によれば、第２パネルもパネル本体の内部が発泡層で構成されているので、樹脂成形品の重量の軽減化及び樹脂材料費の低減化が図られる。
請求項３に係る発明によれば、第２パネルのパネル本体表裏面のソリッド層と一体になった厚肉のソリッドからなるベース層によって溶着リブが基端側から支持されるので、薄肉のソリッド層に溶着リブを突設した場合に比べて、振動溶着時に溶着リブ基端部が第２パネルのパネル本体裏面から剥離したり、溶着リブが振動方向と直交する方向に傾斜又は撓んだりすることが確実に防止される。したがって、第１パネルと第２パネルとをより強固に溶着一体化することができる。
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１は、自動車１の後部荷室３を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。
上記後部荷室３は自動車１の後部座席７の後方に位置し、後部荷室３の車幅方向両側には樹脂製トランクサイドトリム９が車体パネル１１を覆うように配設されている。上記後部荷室３のタイヤハウス１３の後方には、本発明の実施形態１に係る樹脂成形品としての板状のフロアボード５が着脱可能に取り付けられ、該フロアボード５の下方には、スペアタイヤ等を収納する凹状収納部１５が形成されている。
上記フロアボード５は、図３〜図５に示すように、第１パネルとしての樹脂製表側パネル１７と第２パネルとしての樹脂製裏側パネル１９とからなり、これら両者を圧接させた状態で振動させることにより溶着一体化して構成されている。なお、図２において上記フロアボード５は、紙面の都合上、一枚のパネルで構成された断面図として簡略化して示している。
上記表側パネル１７は、略平坦に延びて表側パネル１７の主体をなすパネル本体２１と、該パネル本体２１の周縁部２１ａに全周に亘って一体に形成され、裏側パネル１９側へ向けて突出する略矩形環状の周壁部２３とを備えている。上記周壁部２３の内側には凹所
Ｓ１が形成されている。上記表側パネル１７のパネル本体２１は、表裏面に形成された樹脂密度が高くて堅い薄肉のソリッド層２５と、該ソリッド層２５に挟まれ内部に多数の空隙を有し、該ソリッド層２５よりも樹脂密度が低い発泡層２７とを備えている。また、パネル本体２１の周縁部２１ａは、上記ソリッド層２５より厚肉のソリッド層から構成され、上記周壁部２３も、上記ソリッド層２５より厚肉のソリッド層のみから構成されている。また、表側パネル１７のパネル本体２１及び周壁部２３の表面には、見栄えを良くする等の観点から不織布等からなる表皮２９が一体に被着されているとともに、車体後方側縁近傍の車幅方向中央には把持用の凹部３１（図３に示す）が形成されている。なお、振動溶着時における振動方向を図３に矢印Ｘで示す。
上記裏側パネル１９は、表側パネル１７と同様に、略平坦に延びて裏側パネル１９の主体をなすパネル本体３３と、該パネル本体３３の周縁部３３ａに全周に亘って一体に形成され、表側パネル１７側へ向けて突出する周壁部３５とを備えている。上記周壁部３５の内側には凹所Ｓ２が形成されている。上記裏側パネル１９のパネル本体３３は、表裏面に形成された樹脂密度が高くて堅い薄肉のソリッド層３７と、該ソリッド層３７に挟まれ内部に多数の空隙を有し、該ソリッド層３７よりも樹脂密度が低い発泡層３９とを備えている。また、パネル本体３３の周縁部３３ａは、上記ソリッド層３７より厚肉のソリッド層から構成され、上記周壁部３５も、上記ソリッド層３７より厚肉のソリッド層のみから構成されている。また、裏側パネル１９のパネル本体３３裏面（裏面側ソリッド層３７）には、ソリッドからなる５条の溶着リブ４１が振動方向Ｘに延びるようにそれぞれ一体に平行突設されている。これら溶着リブ４１の先端略半分は、周壁部３５の突出面３５ａよりも表側パネル１７側に突出している。また、溶着リブ４１は、振動溶着時に振動方向Ｘと直交する方向に撓まないように両側から複数個の補強リブ４３で安定支持されている。該補強リブ４３は溶着リブ４１の長手方向に離間して突設されている。
これら表側パネル１７及び裏側パネル１９が、凹所Ｓ１，Ｓ２同士を互いに向かい合わせて振動溶着して一体化されてフロアボード５が構成されている。このように組み付けられたフロアボード５では、溶着リブ４１先端部が、表側パネル１７のパネル本体２１裏面側ソリッド層２５を突き破って発泡層２７に侵入し、溶着リブ４１先端部周りの発泡層２７が溶融固化したソリッド部分４５により覆われて発泡層２７及びパネル本体２１裏面側ソリッド層２５と溶着一体化されている。この溶着リブ４１の侵入寸法だけ両パネル１７，１９のパネル本体２１，３３が互いに接近して、両パネル１７，１９間の溶着リブ４１の長さ、すなわち、溶着リブ４１の全長のうち両パネル１７，１９の裏面間に対応する長さが短くなっている。また、表側パネル１７の周壁部２３と裏側パネル１９の周壁部３５とが互いに近接して間に隙間Ｓ３が形成されている。また、裏側パネル１９の厚み方向側面１９ａが表側パネル１７の厚み方向側面１７ａより内側に幅Ｗを全周に亘って有するように位置し、裏側パネル１９が表側パネル１７の凹所Ｓ１、すなわちパネル本体２１裏面の周壁部２３よりも内側部分を覆っている。
次に、上記のように構成されたフロアボード５の製造方法について説明する。まず、表側パネル１７は、例えば次のようにして成形される。
成形に際し、成形型（図示せず）と、熱可塑性樹脂（例えばポリプロピレン）と、表皮２９とを用意する。成形型は、表側パネル１７の周縁部２１ａを含む表側を成形する固定型としての第１型と、凹所Ｓ１に対応するスライド型としての第２型と、周壁部２３の突出端面２３ａを成形する可動型としての第３型とを備え、第２型は第３型内に進退可能に配設されている。また、上記熱可塑性樹脂は、例えば、化学反応によりガスを発生させる化学的発泡材や二酸化炭素ガス及び窒素ガス等の不活性ガス（物理的発泡材）等の発泡促進物質が混入されたものであるが、ガラス繊維等の繊維が混入されたものを用いてもよい。
まず、第１型の成形面に表皮２９をセットして成形型を型閉じした状態で、溶融状態の熱可塑性樹脂を成形型のキャビティ内に射出機から射出充填する。このとき、第１型と第２型との距離は、パネル本体２１の厚さの略１／２以上に設定することが好ましい。しかる後、成形型の成形面近傍の熱可塑性樹脂は型温により早期に固化し始め、この時点で、第１型と第３型との間隔を固定したまま、第２型を第１型から型開き方向に離間（スライド）させることによりキャビティ容積を拡大する。すると、キャビティの容積拡大により、それまで上記第１型と第２型の間で圧縮（膨張が規制）されている熱可塑性樹脂が、第２型に引っ張られるとともに、熱可塑性樹脂中の化学反応によって発生したガスや不活性ガス等により発泡膨張する。熱可塑性樹脂中にガラス繊維等の繊維が混入されている場合には、この際、上記圧縮が軽減されて繊維が弾性的に復元し、この弾性復元力（スプリングバック現象）によっても熱可塑性樹脂が膨張する。その結果、周壁部２３とパネル本体２１とが成形される。上記周壁部２３、パネル本体２１の周縁部２１ａ及び表裏面がソリッド層で形成され、これらソリッド層の内部に発泡層２７が形成される。
裏側パネル１９も表側パネル１７と同様に成形される。なお、裏側パネル１９の成形に用いられる第２型には、溶着リブ４１及び補強リブ４３に対応した凹部が形成されている。該凹部に充填された溶融樹脂は、第２型の型温により早期に冷却されており、上記発泡層３７を形成するために、該第２型を後退させても上記溶着リブ４１及び補強リブ４３には発泡層が生成されず、ソリッド層が形成される。
そして、上記のように構成された表側パネル１７と裏側パネル１９とを振動溶着する。この時、表側パネル１７を裏面が上を向くように下側の振動溶着治具にセットするとともに、裏側パネル１９を溶着リブ４１が下を向くように上側の振動溶着治具にセットし、上記表側パネル１７及び裏側パネル１９の周壁部２３，３５を対向位置させるとともに、上記裏側パネル１９の側面１９ａが上記表側パネル１７の側面１７ａよりも内側に幅Ｗを有するように位置させて上記表側パネル１７のパネル本体２１裏面の周壁部２３より内側部分が裏側パネル１９によって裏側から覆われた状態にする。この状態から、上側の振動溶着治具を上方から下側の振動溶着治具に押し付けて裏側パネル１９の溶着リブ４１先端面を表側パネル１７のパネル本体２１の裏面に圧接させながら、上側の振動溶着治具をフロアボード５の長手方向（溶着リブ４１の長手方向）、すなわち図３に示す振動方向Ｘに往復振動させる。
これにより、上記溶着リブ４１先端部が、図４及び図５に示すように、表側パネル１７のパネル本体２１裏面のソリッド層２５との圧接振動により該ソリッド層２５を溶融させて該ソリッド層２５を突き破ってその内部の発泡層２７に侵入し、溶着リブ４１先端部周りの発泡層２７が溶融固化したソリッド部分４５により覆われて発泡層２７及びソリッド層２５と溶着一体化される。このように、溶着リブ４１先端部が表側パネル１７の発泡層２７に侵入してパネル本体２１裏面側ソリッド層２５のみならず発泡層２７とも溶着一体化され、堅いソリッド部分４５に覆われているので、ソリッド層２５表面のみに溶着した場合に比べて溶着面積が大きくなり、高い溶着強度が得られる。その結果、溶着リブ４１のぐらつきが防止され、表側パネル１７と裏側パネル１９の結合状態が確実に安定する。
したがって、本実施形態によれば、表側パネル１７及び裏側パネル１９の周壁部２３，３５が互いに圧接しないので、互いに溶着されず、溶着リブ４１の溶着動作が阻害されない。
また、表側パネル１７の周壁部２３の表面に表皮２９が被着されているが、上記表側パネル１７及び裏側パネル１９の溶着を終了した状態では、両パネル１７，１９の周壁部２３，３５が互いに溶着することなく近接しているので、表側パネル１７の周壁部２３表面
の表皮２９端末に、振動溶着時における裏側パネル１９の周壁部３５との摩擦によって糸くずやバリが生じることが防止され、見栄えが悪化しない。
また、表側パネル１７及び裏側パネル１９のパネル本体２１，３３の内部が発泡層２７，３９で構成されているので、パネル本体２１，３３をソリッド層のみで構成した場合に比べて重量が軽減される。
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るフロアボード５を示す。この実施形態２では、裏側パネル１９のパネル本体３３の溶着リブ４１突設箇所に、パネル本体３３の表裏面に形成されたソリッド層３７よりも厚肉のソリッドからなるベース層４９が、パネル本体３３表裏面のソリッド層３７を一体に連結するように表裏面に亘って形成され、該ベース層４９には発泡層３９が形成されていない。該ベース層４９の厚さは、パネル本体３３の厚さの略１／２に設定され、ベース層４９の表側（図６の下側）は、ベース層４９周囲のパネル本体３３表側ソリッド層３７と面一になっており、ベース層４９の裏側（図６の上側、すなわち表側パネル１７側）に凹条部４７が溶着リブ４１に沿って形成されている。上記ベース層４９、すなわち上記凹条部４７の底面には、上記溶着リブ４１及び補強リブ４３が一体に突設されている。
本実施形態２の裏側パネル１９の成形には、上記第１型〜第３型に加えて、上記凹条部４７に対応する第４型が用いられ、第２型ではなく第４型に溶着リブ４１及び補強リブ４３に対応した凹部が形成される。上記第４型は、第２型内に該第２型が進退可能なように配設され、第２型を後退させて熱可塑性樹脂を発泡膨張させる際、上記第３型及び第４型は後退せず、第１型と第４型との間隔が型閉じ状態の間隔に維持される。
したがって、本実施形態によれば、裏側パネル１９のパネル本体３３表裏面のソリッド層３７と一体になった厚肉のソリッドからなるベース層４９によって溶着リブ４１及び補強リブ４３が基端側から支持されるので、薄肉のソリッド層３７に溶着リブ４１を突設した場合に比べて、振動溶着時に溶着リブ４１基端部がパネル本体３３裏面から剥離したり、溶着リブ４１が振動方向Ｘと直交する方向に傾斜又は撓んだりすることが確実に防止される。したがって、表側パネル１７と裏側パネル１９とをより強固に溶着一体化することができる。
なお、上記実施形態１，２では、表側パネル１７及び裏側パネル１９の周壁部２３，３５は、互いに近接していたが、両パネル１７，１９の溶着を完了した状態で互いに溶着されていなければ当接していてもよい。
また、上記実施形態１，２では、表側パネル１７のパネル本体２１及び裏側パネル１９のパネル本体３３の両方が、内部に発泡層２７，３９を有していたが、裏側パネル１９のパネル本体３３はソリッド層のみで構成されてもよい。
また、上記実施形態１，２では、溶着リブ４１を裏側パネル１９に設けていたが、表側パネル１７に溶着リブ４１を設け、裏側パネル１９が内部に発泡層３９を有するように構成してもよい。
また、上記実施形態１，２では、表側パネル１７のみに表皮２９を設けたが、該表皮２９は裏側パネル１９にも設けてもよく、また両パネル１７，１９のいずれにも設けなくてもよい。
また、上記実施形態１，２では、樹脂成形品がフロアボード５である場合を示したが、
パッケージトレイやグローブボックスのリッド等の他の自動車用樹脂成形品、さらには自動車以外の樹脂成形品にも適用することができるものである。
本発明は、樹脂製第１パネルと樹脂製第２パネルとを圧接させた状態で振動させることにより溶着一体化してなる樹脂成形品の振動溶着構造として有用である。
本発明の実施形態１に係る樹脂成形品としてのフロアボードが取り付けられた自動車の後部荷室を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 フロアボードの平面図である。 図３のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。 図４のＣ部拡大図である。 実施形態２の図５相当図である。
５ フロアボード（樹脂成形品）
１７ 表側パネル（第１パネル）
１９ 裏側パネル（第２パネル）
２１，３３ パネル本体
２５，３７ ソリッド層
２７，３９ 発泡層
４１ 溶着リブ
４９ ベース層

Claims (4)

  1. 樹脂製第１パネル(17)と樹脂製第２パネル(19)とを圧接させた状態で振動させることにより溶着一体化してなる樹脂成形品の振動溶着構造であって、
    上記第１パネル(17)は、表裏面に形成された薄肉のソリッド層(25)と、該ソリッド層(25)に挟まれ内部に多数の空隙を有する発泡層(27)とを備えたパネル本体(21)とを有し、
    上記第２パネル(19)は、上記第１パネル(17)のパネル本体(21)裏面に対向するパネル本体(33)を有し、当該パネル本体(33)裏面には、パネル面に沿って延びるソリッドからなる溶着リブ(41)が一体に突設され、
    振動溶着時、上記溶着リブ(41)先端面を上記第１パネル本体(21)裏面に圧接させながら溶着リブ(41)を長手方向にパネル面に沿って往復振動させることで、上記溶着リブ(41)先端部は、上記第１パネル(17)のパネル本体裏面側ソリッド層(25)を突き破って発泡層(27)に侵入し、該溶着リブ(41)先端部周りの発泡層(27)が溶融固化したソリッド部分(45)により覆われて上記発泡層(27)及び上記パネル本体裏面側ソリッド層(25)と溶着一体化されていることを特徴とする樹脂成形品の振動溶着構造。
  2. 請求項１に記載の樹脂成形品の振動溶着構造において、
    上記第２パネル(19)のパネル本体(33)は、表裏面に形成された薄肉のソリッド層(37)と、該ソリッド層(37)に挟まれ内部に多数の空隙を有する発泡層(39)とを備えていることを特徴とする樹脂成形品の振動溶着構造。
  3. 請求項２に記載の樹脂成形品の振動溶着構造において、
    上記第２パネルのパネル本体(33)の溶着リブ突設箇所には、当該パネル本体(33)表裏面に形成されたソリッド層(37)よりも厚肉のソリッドからなるベース層(49)が、当該パネル本体(33)表裏面のソリッド層(37)を一体に連結するように形成され、
    当該ベース層(49)には、上記溶着リブ(41)が一体に突設されていることを特徴とする樹脂成形品の振動溶着構造。
  4. 表裏面に形成された薄肉のソリッド層(25)と、該ソリッド層(25)に挟まれ内部に多数の空隙を有する発泡層(27)とを備えたパネル本体(21)を有する上記第１パネル(17)と、
    パネル本体(33)を有し、該パネル本体(33)裏面にパネル面に沿って延びるソリッドからなる溶着リブ(41)が一体に突設された第２パネル(19)とを用意し、
    上記第１パネル(17)のパネル本体(21)裏面と上記第２パネル(19)のパネル本体(33)裏面とを互いに対向させた状態で、上記溶着リブ(41)先端面を上記第１パネル(17)のパネル本体(21)裏面に圧接させながら溶着リブ(41)を長手方向にパネル面に沿って往復振動させることで、
    上記溶着リブ(41)先端部が、上記第１パネル(17)のパネル本体裏面側ソリッド層(25)を溶融させて該ソリッド層(25)を突き破って発泡層(27)に侵入し、溶着リブ(41)先端部周りの発泡層(27)が溶融固化したソリッド部分(45)により覆われて上記発泡層(27)及び上記パネル本体裏面側ソリッド層(25)と溶着一体化し、上記第１パネル(17)と上記第２パネル(19)とが溶着一体化してなる樹脂成形品を得ることを特徴とする樹脂成形品の振動溶着方法。
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