JP5656896B2 - 合成樹脂部品の接合方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の合成樹脂部品の相互を重合して、該重合部分を超音波溶着機により接合する合成樹脂部品の接合方法に関する。
合成樹脂部品の接合方法として、例えば、特許文献１には、一方の合成樹脂部品に設けたボス部の貫挿端部を、他方の合成樹脂部品の背面側で溶着かしめ加工して接合するボス溶着工法が開示されている。また、特許文献２には、複数の合成樹脂部品の重合面同士を面溶着して接合する面溶着工法が開示されている。
特開２００４−２６２０４１号公報 特開平１０−２２６２３５号公報
特許文献１および特許文献２の何れの接合方法にあっても、超音波振動による摩擦熱で所要部分を溶着させる超音波溶着機が用いられる。
特許文献１のボス溶着工法では超音波溶着機のホーンとして、先端に相手部品のボス部の端部を受容する溶着かしめ用の凹部を備えた専用のボス溶着用ホーンが用いられる。
また、特許文献２の面溶着工法では、ホーン先端をローレット掛けして相手部品面との接触面積を拡大した専用の面溶着用ホーンが用いられる。
ここで、樹脂製品によっては、接合強度や造形上の理由等の設計上のニーズから、複数の合成樹脂部品の接合部にボス溶着と面溶着とを併存させる場合がある。
このような場合、前記何れか一方の専用ホーンで、工法の異なる２つの溶着作業を適正に行うことは不可能であり、それぞれの工法の溶着作業に対応して専用のボス溶着用ホーンと、面溶着用ホーンとを持ち替える必要があって作業工数，作業時間が多く掛かってしまう。
そこで、本発明は複数の合成樹脂部品をボス溶着工法と面溶着工法とを併用して接合する場合でも、１つのホーンで適正に超音波溶着することが可能な合成樹脂部品の接合方法を提供するものである。
本発明の合成樹脂部品の接合方法は、複数の合成樹脂部品の重合部分を超音波溶着機により超音波溶着して接合する方法であって、前記超音波溶着機のホーンとして、先端にボス部の端部を受容してこれを溶着かしめ加工するための凹部を備えたボス溶着用ホーンを用いている。
一方、前記ボス溶着用ホーンの先端を当接する側の前記合成樹脂部品の一方の外面には、前記ホーン先端の凹部が嵌合可能なホーン誘導凸部を形成する。
そして、前記ホーン誘導凸部に、前記ホーン先端の凹部を嵌合し、ホーン先端と前記一方の合成樹脂部品の相互を面整合することにより、前記複数の合成樹脂部品の重合部分の面溶着を可能としている。このとき、前記ボス溶着用ホーンは、その先端の凹部の中心に周縁よりも外方へ突出する突起を備えた凹凸形状としてある一方、前記一方の合成樹脂部品のホーン誘導凸部は、前記ホーン先端の凹凸形状に略整合した凹凸形状に形成されて、凸部中心に前記ホーン先端の凹部中心の突起を受容する窪設部を備え、前記ホーン先端の凹部と前記ホーン誘導凸部とを嵌合した際に、該ホーン先端の凹部周縁と凹部中心の突起とが、前記一方の合成樹脂部品の外面に同時に着地可能としたことを主要な特徴としている。
本発明の接合方法によれば、ボス溶着用ホーンにより複数の合成樹脂部品の重合部分を面溶着する場合でも、ホーン先端の凹部を対応する合成樹脂部品外面のホーン誘導凸部に嵌合することにより、ホーン先端と合成樹脂部品の相互を面整合させることができる。これにより、ボス溶着用ホーンにより、複数の合成樹脂部品の重合部分を適正に超音波振動させて面溶着することができる。
従って、複数の合成樹脂部品をボス溶着工法と面溶着工法とを併用して接合する場合でも、１つのボス溶着用ホーンでボス溶着対応部および面溶着対応部の何れも適正に超音波溶着することができ、作業工数，作業時間を削減できてコストダウンに大きく寄与することができる。
本発明の方法に用いられるホーンの先端と、合成樹脂部品に突設したボス部との関係を説明する斜視図。 図１に示したホーンとボス部の構成により２つの合成樹脂部品をボス溶着して接合する場合を（Ａ）〜（Ｃ）にて工程順に示す説明図。 一方の合成樹脂部品の面溶着対応部に設けられたホーン誘導凸部を示す平面図。 図１に示したホーンと、図３に示したホーン誘導凸部の構成により２つの合成樹脂部品を面溶着して接合する場合を（Ａ）〜（Ｃ）にて工程順に示す説明図。
以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。
図１に、本発明の接合方法に用いられる超音波溶着機のホーン先端の構造と、合成樹脂部品に突設したボス部との関係を示す。
ホーン１にはボス溶着用ホーンが用いられ、その先端には後述するボス部１１の端部を受容してこれを溶着かしめ加工するための凹部２を備えている。
ボス部１１は、接合する複数の合成樹脂部品１０，１３（図２参照）のうち接合部分で下側配置となる側の合成樹脂部品１０に一体に突設してあり、その先端は円形凹部１２を設けた筒形構造として、超音波振動により端末から溶融し易いようにしている。
ホーン１の先端の凹部２は、ボス部１１の端部に半球状のかしめ部を形成可能なように所要の容積の半球状凹部として形成してあり、該凹部２の中心にはボス部１１の端部の加振，溶融を促進するための突起３を突設してある。
この突起３は、凹部２の周縁２ａよりも若干外方へ突出し、凹部２をボス部１１の端部に係合する際に、突起３がボス部１１の円形凹部１２に先行進入することで、ホーン１の凹部２をボス部１１の端部に誘導し易いようにしている。
また、ホーン１の先端の凹部周縁２ａの平坦面にはローレット加工４を施して、前記接合部分で上側配置となる側の合成樹脂部品１３との接触面積を拡大させている。
図２は合成樹脂部品１０，１３をボス溶着して接合する場合を（Ａ）〜（Ｃ）にて工程順に示している。
合成樹脂部品１０，１３は接合する部分でこの順に重合し、合成樹脂部品１０のボス部１１を合成樹脂部品１３のボス挿入孔１４に図２（Ａ）に示すように下側から挿通，係合させる。
次に、ホーン１の先端の凹部２を図２（Ｂ）に示すようにボス部１１の端部に係合し、所要の押圧力と超音波振動とを付加する。
これにより、ボス部１１の端部が図２（Ｃ）に示すようにホーン１の先端の凹部２内で溶融し、該凹部２の内面形状に対応した半球状のかしめ部１１Ａとして加工されて、合成樹脂部品１０，１３のボス溶着による接合が行われる。
このボス溶着加工は、汎用の工法と大きく変わることはない。
次に、このようなボス溶着工法に面溶着工法を併用する場合について図３，図４により詳述する。
図３に示すように、ホーン１の先端を当接する上側の合成樹脂部品１３の外面の所要部位には、ホーン１の先端の凹部２が嵌合可能なホーン誘導凸部１５を予め一体成形してある。
ホーン誘導凸部１５は、その凸部中心にホーン１の先端凹部２の突起３を受容する窪設部１６を備え、ホーン１の先端の凹凸形状に略整合した凹凸形状に形成してある。
窪設部１６は、ホーン１のローレット加工４を施した凹部周縁２ａの平坦面よりも外方に突出（突出量ａ）した突起３の先端が先当りして底付きしないように、該凹部周縁２ａの平坦面が着地（当接）する合成樹脂部品１３の一般面よりも前記突出量ａに相当する深さで段差をもって形成してある。
即ち、換言すれば、ホーン１の先端の凹部２とホーン誘導凸部１５とを嵌合した際に、ホーン１の先端の凹部周縁２ａと凹部中心の突起３とが、合成樹脂部品１３の外面に同時に着地（当接）するようにしている。
また、ホーン誘導凸部１５は、その突出高さをホーン１の先端の凹部２の深さよりも小さく設定してあり、これら相互を嵌合した際には両者間にクリアランスＳが形成されるようにしている。
合成樹脂部品１０，１３の重合部分の面溶着に際しては、図４の（Ａ），（Ｂ）に示すようにホーン１の先端を上側の合成樹脂部品１３の外面に擦り合わせるようにして、ホーン１の先端の凹部２を合成樹脂部品１３のホーン誘導凸部１５に嵌合して、ホーン１の先端と合成樹脂部品１３の相互を面整合させる。
このとき、ホーン１の先端の凹部２とホーン誘導凸部１５との嵌合は盲作業となるが、ホーン１の先端の凹部中心の突起３が凹部周縁２ａよりも外方へ突出量ａの寸法分突出しているため、上述の擦り合わせ時に図４（Ａ）に示すようにホーン誘導凸部１５の頂面に乗り上げることで、ホーン誘導凸部１５のおおよその位置が判る。そして、突起３が窪設部１６にずれ落ちることで、ホーン１の先端の凹部２と合成樹脂部品１３のホーン誘導凸部１５との嵌合作業を容易に行うことができる。
また、ホーン誘導凸部１５とホーン１の先端の凹部２との間にクリアランスＳが確保されることにより、凹凸形状相互の成形誤差に影響されることなく、ホーン１の先端と合成樹脂部品１３との面整合性が良好となる。
そして、この面整合を行った状態でホーン１により所要の押圧力と超音波振動とを付加することにより、始めに図４（Ｂ）に示すようにホーン１の凹部周縁２ａと、凹部中心の突起３の着地点で合成樹脂部品１０，１３の重合部分での溶着Ｗ１が行われる。溶着Ｗ１により前記ホーン１の凹部周縁２ａと突起３の端末が合成樹脂部品１３の外面に沈降すると、図４（Ｃ）に示すように前記クリアランスＳが無くなる。これにより、ホーン１の先端の凹凸形状の全面が、合成樹脂部品１３のホーン誘導突起１５とその裾部周囲に完全に密接して加振領域がホーン１の先端投影面の全体に広がって、全体的な面溶着Ｗ２が行われる。
以上のように本実施形態の合成樹脂部品の接合方法によれば、ボス溶着用のホーン１により２つの合成樹脂部品１０，１３を面溶着する場合に、ホーン１の先端の凹部２を対応する一方の合成樹脂部品１３の外面のホーン誘導凸部１５に嵌合することにより、ホーン１の先端と合成樹脂部品１３の相互を面整合させることができる。
これにより、このボス溶着用のホーン１により、２つの合成樹脂部品１０，１３の重合部分を適正に超音波振動させて面溶着することができる。
従って、２つの合成樹脂部品１０，１３を、他方の合成樹脂部品１０に突設したボス部１１の突出端部をホーン１によって溶着かしめ加工するボス溶着工法と、上述の面溶着工法とを併用して接合する場合でも、当該１つのホーン１でボス溶着対応部と面溶着対応部の何れも適正に超音波溶着することができる。
この結果、それぞれ専用のボス溶着用ホーンと面溶着用ホーンとを持ち替える手間を省けて、作業工数および作業時間を削減できると共に、溶着設備を削減できてコストダウンに大きく寄与することができる。
また、面溶着作業時に、従来では溶着する位置を作業者の感覚で決めていたが、ホーン誘導凸部１５を溶着位置として目視確認できるので、面溶着作業性を向上できると共に、常に設定位置での溶着が可能となり、溶着のバラツキを無くして品質を高めることができる。
しかも、ホーン１の先端の凹部２が合成樹脂部品１３のホーン誘導凸部１５に嵌合することでホーン１が合成樹脂部品１３の面方向に滑ることがなく、確実に狙った設定位置での面溶着を実施できることからも、製品の品質を高めることができる。
また、上述のホーン１の先端の凹部２と合成樹脂部品１３のホーン誘導凸部１５との嵌合作業は、ホーン１の先端と合成樹脂部品１３とを擦り合わせる盲作業となる。ところが、前記凹部２の中心の突起３が凹部周縁２ａよりも外方へ突出していて、これがホーン誘導凸部１５の頂面に乗り上げることで、ホーン誘導凸部１５のおおよその位置が判る。そして、この突起３がホーン誘導凸部１５の中心に設けた窪設部１６にずれ落ちることで、これら凹部２とホーン誘導凸部１５との嵌合作業をより容易に行うことができる。
しかも、窪設部１６は突起３の突出量ａに相当する深さで形成して、ホーン１の凹部周縁２ａと合成樹脂部品１３の一般面と、突起３の先端と窪設部１６の底面とが同時に着地（当接）するようにしているので、ホーン１の先端と合成樹脂部品１３の外面との面整合性を良好にすることができる。
特に本実施形態では、上述の凹部２とホーン誘導凸部１５とが嵌合した際には、両者の間に所要のクリアランスＳが形成されるようにしているので、両者の凹凸形状の成形誤差に影響されることなく、ホーン１の先端と合成樹脂部品１３との面整合性を良好として、面溶着を適正に行わせることができる。
しかも、このクリアランスＳは、面溶着過程でホーン１先端の沈み込みにより消失して適正な面溶着を促すので、面溶着強度に些かも影響を及ぼすことはない。
このように本発明の方法によれば、ボス溶着と面溶着とを１つのボス溶着用のホーン１を用いて容易、かつ、適正に行えるため、例えば、自動車のトリム部品の接合を始めとして、各種の合成樹脂部品の接合に用いて著効を発揮することができる。
１…ホーン
２…凹部
２ａ…凹部周縁
３…突起
１０…合成樹脂部品
１１…ボス部
１３…合成樹脂部品
１４…ボス挿入孔
１５…ホーン誘導凸部
１６…窪設部
Ｓ…クリアランス

Claims (2)

  1. 複数の合成樹脂部品の重合部分を超音波溶着機により超音波溶着して接合する方法であって、
    前記超音波溶着機のホーンとして、先端にボス部の端部を受容してこれを溶着かしめ加工するための凹部を備えたボス溶着用ホーンを用いる一方、
    前記ボス溶着用ホーンの先端を当接する側の前記合成樹脂部品の一方の外面には、前記ホーン先端の凹部が嵌合可能なホーン誘導凸部を形成し、
    前記ホーン誘導凸部に、前記ホーン先端の凹部を嵌合し、ホーン先端と前記一方の合成樹脂部品の相互を面整合して、前記複数の合成樹脂部品の重合部分を面溶着可能としてあり、
    前記ボス溶着用ホーンは、その先端の凹部の中心に周縁よりも外方へ突出する突起を備えた凹凸形状としてある一方、
    前記一方の合成樹脂部品のホーン誘導凸部は、前記ホーン先端の凹凸形状に略整合した凹凸形状に形成されて、凸部中心に前記ホーン先端の凹部中心の突起を受容する窪設部を備え、
    前記ホーン先端の凹部と前記ホーン誘導凸部とを嵌合した際に、該ホーン先端の凹部周縁と凹部中心の突起とが、前記一方の合成樹脂部品の外面に同時に着地可能としていることを特徴とする合成樹脂部品の接合方法。
  2. 前記ホーン誘導凸部の突出高さが、前記ホーン先端の凹部の深さよりも小さく設定されていて、これら相互を嵌合した際に両者間にクリアランスが形成されることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂部品の接合方法。
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