JP6046256B2 - 振動溶着装置及び振動溶着方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のワーク同士を振動溶着する振動溶着装置及び振動溶着方法に関する。

従来、樹脂等のワーク同士を接合する場合には、ワークに振動力を付与してワークの溶着部を加熱し接合する振動溶着が行われることがある。振動溶着は、接着剤が不要であり、しかも加熱乾燥等の後工程も不要であることから、自動車の内装材の接合に好適である。

例えば、特開２００７−９１０２４号公報には、振動溶着により、自動車のインストルメントパネルにエアバッグシュートを取り付ける技術が開示されている。この場合、エアバッグの展開時にインストルメントパネルが円滑に破断されるように、インストルメントパネルには、破断予定部であるティアライン（切欠き部：溝状の薄肉部）が設けられる。振動溶着では、この切欠き部を間に挟んで、インストルメントパネルとエアバッグシュートを接合する。

ところで、自動車のインストルメントパネルは、外観品質が重要視されており、内装品の接合部分が見分けられないように製造されることが望まれている。しかしながら、切欠き部を備えたインストルメントパネルは、振動溶着時に切欠き部の形成箇所がインストルメントパネルの熱影響により変形することで、振動溶着後に切欠き部に沿った窪み（デフォーム）を切欠き部の反対面（表面）に生じさせ易い。インストルメントパネルは、このようなデフォームが生じると、見栄えが悪くなり外観品質が低下してしまう。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、切欠き部を有するワークを振動溶着する際に、簡単な構成によってワークの熱影響による変形具合を案内し、振動溶着後のワークの品質を向上し得る振動溶着装置及び振動溶着方法の提供を目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、切欠き部を有する第１ワークと、第２ワークとを積層して振動溶着する振動溶着装置であって、振動溶着時に前記第１ワークの前記切欠き部が前記第２ワークを臨むように、該第１ワークを載置及び固定する固定部を備え、前記固定部は、前記第１ワークの固定状態における前記切欠き部と重なる位置に、前記第１ワークの振動溶着時の熱膨張を許容する空間部を備えることを特徴とする。

上記によれば、振動溶着装置は、第１ワークの切欠き部と重なる位置に空間部を備えるという簡単な構成によって、振動溶着後の第１ワークの変形を大幅に抑制することができる。すなわち、振動溶着時に生じる熱によって切欠き部付近の第１ワークは熱膨張し、切欠き部を狭めて厚み方向に隆起し易いが、このように第１ワークが膨張し隆起しても、切欠き部と反対側に存在する空間部に逃がすことができる。そのため、振動溶着後の冷却に伴い、空間部に移動していた第１ワークの熱膨張部分が良好に戻される。よって、振動溶着後の第１ワークは、切欠き部の形成箇所付近に窪み等がない（又は殆ど目立つことがない）品質の高いものとなる。

この場合、前記切欠き部は、該切欠き部の延在方向に直交する断面視で、前記第１ワークの前記第２ワークを臨む表面から前記空間部側に向かって最も切り欠かれた深部を有し、前記固定部は、前記切欠き部の延在方向に直交する断面視で、前記空間部の幅方向中央部に前記深部が位置するように前記第１ワークを固定することが好ましい。

このように、第１ワークを固定することで、振動溶着装置は、振動溶着時に第１ワークの切欠き部付近の両側の熱膨張部分を空間部に均等的に逃がすことができる。よって、振動溶着後に冷却した際には、切欠き部付近の熱膨張部分が均等的に戻され、窪みの発生をより低減することが一層向上する。

また、前記固定部は、前記空間部の幅又は位置を調整可能な位置調整機構を備えるとよい。

このように、振動溶着装置は、空間部の幅又は位置を調整可能な位置調整機構を備えることで、空間部の幅に応じて第１ワークの変位量を適宜調整することができる。従って、振動溶着後の第１ワークの状態を容易に調整することができる。また、振動溶着装置は、第１又は第２ワークの形状（切欠き部の形状、材質又は厚み等）の変更や振動溶着時の熱量等に応じて、固定部を複数用意する必要がなくなるので汎用性が高くなる。

さらに、前記第２ワークは、複数の溶着部を備え、前記空間部は、前記第２ワークの固定状態で前記溶着部の間に設けられることが好ましい。

このように、第２ワークの固定状態で空間部が溶着部の間に設けられると、振動溶着時に発熱した溶着部の熱影響による第１ワークの熱膨張部分を空間部に確実に移動させることができる。

ここで、前記第１ワークは、自動車のインストルメントパネルであり、前記第２ワークは、前記インストルメントパネルに溶着され所定のタイミングで前記自動車内に展開されるエアバッグの保持部であり、前記切欠き部は、前記エアバッグの展開に伴い破断される破断予定部であるとよい。

これにより、自動車のインストルメントパネルにエアバッグを取り付ける構造おいて、インストルメントパネルの表面は、エアバッグの保持部が見分けられない状態となる。

また、前記の目的を達成するために、本発明は、切欠き部を有する第１ワークと、第２ワークとを積層して振動溶着する振動溶着方法であって、前記切欠き部が前記第２ワークを臨むように前記第１ワークを載置及び固定可能な固定部に対し、該固定部の空間部に前記切欠き部が重なるように固定する固定ステップと、前記固定ステップ後に、前記第１及び第２ワークに振動力を付与することで、前記第１ワークの熱膨張を前記空間部に逃がしつつ前記第１ワークと前記第２ワークとを溶着する振動溶着ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、切欠き部を有するワークを振動溶着する場合に、簡単な構成によって、振動溶着後のワークの品質を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る振動溶着装置が振動溶着を行うインストルメントパネルを示す斜視図である。 図１のインストルメントパネルとエアバッグ部の取付状態を示す断面図である。 振動溶着装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図３の振動溶着装置の支持治具を示す平面図である。 ティアラインが設けられた部分のインストルメントパネルを固定する振動溶着装置の構造を拡大して示す断面図である。 図６Ａは、図５の振動溶着装置の動作を説明する第１説明図であり、図６Ｂは、図６Ａに続く振動溶着装置の動作を説明する第２説明図であり、図６Ｃは、図６Ｂに続く振動溶着装置の動作を説明する第３説明図である。 図７Ａは、従来の振動溶着装置の動作を説明する第１説明図であり、図７Ｂは、図７Ａに続く従来の振動溶着装置の動作を説明する第２説明図である。 図８Ａは、振動溶着時の溝部の幅に応じたインパネの変位量を示すグラフであり、図８Ｂは、振動溶着後に冷却した際の溝部の幅に応じたインパネの表面の変位量を示すグラフである。 図９Ａは、第１変形例に係る支持治具の平面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図であり、図９Ｃは、第１変形例に係る支持治具の溝部を拡げた状態を示す平面図であり、図９Ｄは、図９ＣのＩＸＤ−ＩＸＤ線断面図である。 図１０Ａは、第２変形例に係る支持治具の断面図であり、図１０Ｂは、第３変形例に係る支持治具の断面図である。

以下、本発明に係る振動溶着装置について、振動溶着方法との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係る振動溶着装置は、自動車のインストルメントパネル（ダッシュボード）に所定の内装品を振動溶着する機能を有する。特に、この振動溶着装置は、助手席前方部のインストルメントパネルの内側（車室外側）に、所定の構造物（エアバッグ等）を取り付けるように構成されている。以下では、本発明の理解の容易化のため、先ず、インストルメントパネルとエアバッグの取付について説明していく。

なお、以下インストルメントパネルの説明においては、車室に露出される面を表面と呼び、表面と反対側で車室外側に向く面を裏面と呼ぶ。また、インストルメントパネルの方向を説明する場合には、自動車の前後方向に応じてフロントウインド側を前側、助手席側を後側とも呼ぶ（図２参照）。

図１に示すように、自動車１２は、運転席１４及び助手席１６を車室１８内に備え、その前方部にインストルメントパネル２０（第１ワーク：以下、インパネ２０ともいう）を有する。運転席１４側のインパネ２０には、ハンドル２２や計器類２４が設けられ、助手席１６側のインパネ２０には、例えばグローブボックス２６が設けられる。

エアバッグ部２８は、自動車１２の衝突時に膨張及び展開することにより乗員を保護するために設けられる。このエアバッグ部２８は、運転席１４側の場合、ハンドル２２の中央部（軸部分）を構成する壁部の裏面に設けられ、助手席１６側の場合、グローブボックス２６よりも上側のインパネ２０の裏面３４に設けられる。また、助手席１６側のインパネ２０の裏面３４には、エアバッグ部２８の他に、車室１８内の空調を調整するためのダクト（図示せず）が設けられる。

図２に示すように、助手席１６側のエアバッグ部２８は、インパネ２０の裏面３４から車室１８側（助手席１６の乗員の前面）に展開するように取り付けられる。例えば、エアバッグ部２８は、エアバッグ装置３６と、エアバッグ装置３６を支持する支持フレーム３８と、支持フレーム３８を保持する保持ボックス４０（第２ワーク：保持部）とを備える。

エアバッグ装置３６は、袋状に形成されたエアバッグ４２と、エアバッグ４２に空気を供給するインフレータ４４と備える。エアバッグ４２は、衝突等が起こらない通常時には支持フレーム３８及び保持ボックス４０の内部に折り畳まれて収容されており、衝突時にインフレータ４４からの空気の供給に基づき膨らむように構成されている。

支持フレーム３８は、上部が開口し内部に上記のエアバッグ装置３６を収容するフレーム構造を呈する。この支持フレーム３８の上部開口の側部には、支持フレーム３８を保持ボックス４０に引っ掛けるためのフック部４６が設けられている。また、支持フレーム３８は、エアバッグ装置３６を確実に支持するために、車体フレーム（図示せず）にネジ止めされる取付部４８を有する。

保持ボックス４０は、上記の支持フレーム３８を吊り下げように固定することで、エアバッグ装置３６を間接的に支持する。この保持ボックス４０は、支持フレーム３８を保持する保持壁５０と、保持壁５０の一端側に連結され外側に突出するフランジ部５２と、同じく保持壁５０の一端側に連結され内側に設けられる扉部５４とを備える。

保持壁５０は、角筒状に形成されており、エアバッグ装置３６を収容可能な空間５０ａを内側に有する。保持壁５０の突出端部（他端部）側には、フック部４６が引っ掛かる引掛け部５６が設けられている。

フランジ部５２は、インパネ２０の裏面３４側の形状に沿って所定長さ突出している。フランジ部５２の上面（インパネ２０の裏面３４の対向面）には、インパネ２０との間で振動溶着がなされる溶着部５８が設けられている。

一方、扉部５４は、前後方向中央部にて前後に分割される一対の扉板６０に形成されている。一対の扉板６０は、保持ボックス４０の左右両側の保持壁５０と切り離され、且つ保持ボックス４０の前後両側の保持壁５０にヒンジ部６２を介して各々連結されている。ヒンジ部６２は、扉部５４やフランジ部５２の肉厚よりも薄肉に形成された部分であり、扉板６０を揺動自在としている。そのため、一対の扉板６０は、前後中央部の隙間６４を拡げるようにインパネ２０の表面３２側に向かって観音開きすることができる。扉部５４の上面（インパネ２０との対向面）には、フランジ部５２と同様に、インパネ２０との間で振動溶着がなされる溶着部５８が設けられている。

溶着部５８は、インパネ２０の裏面３４に直接振動溶着される部分であり、フランジ部５２及び扉部５４の上面に複数設けられる突条部５８ａ（リブ）として形成されている。各突条部５８ａは、インパネ２０の裏面３４に沿うようにフランジ部５２及び扉部５４の上面から同程度突出している。溶着部５８は、フランジ部５２及び扉部５４の上面において、各突条部５８ａが格子状、網目状又は縞状に形成されることにより構成されるとよい。

扉部５４は、一対の扉板６０の突出端６０ａ同士が所定幅の隙間６４を有するようにインパネ２０に溶着される。溶着部５８は、扉板６０の突出端６０ａの近くまで設けられる。一対の扉板６０と保持壁５０の連結部分では、ヒンジ部６２付近まで溶着部５８が設けられる一方、ヒンジ部６２に溶着部５８が設けられていない。

保持ボックス４０が溶着されるインパネ２０は、所定の肉厚を有し且つ複雑な曲面を呈するように形成され、周縁部が車体フレームに固定される。図１に示すように、助手席１６側のインパネ２０の表面３２において、エアバッグ部２８の取付部分は、比較的平滑な面に形成されており、エアバッグ４２を助手席前面にスムーズに展開することが可能である。

図２に示すように、インパネ２０の裏面３４は、表面３２と同様に略平滑面に形成されるが、所定位置（エアバッグ取付部３０）にはティアライン６６（切欠き部）が設けられる。ティアライン６６は、エアバッグ４２の展開時に、インパネ２０を破断することで、扉部５４の開放を促す破断予定部である。このティアライン６６は、図１に示すように、エアバッグ部２８（一対の扉板６０）の形状に応じて、所定形状に形成される。

具体的には、ティアライン６６は、一対の扉板６０の突出端６０ａの隙間６４に対向する第１ライン６６ａと、一対のヒンジ部６２に対向する一対の第２ライン６６ｂとを有する。また、ティアライン６６は、第１及び第２ライン６６ａ、６６ｂの端部同士を繋ぎ、保持壁５０と扉部５４の左右の切離し箇所に対向する第３ライン６６ｃを有する。すなわち、第２ライン６６ｂと第３ライン６６ｃは、保持壁５０の内側付近に沿って周回する無端状の環を形成し、第１ライン６６ａは、この環の中央部を左右方向に横切って第３ライン６６ｃに連結している。

エアバッグ部２８の展開時には、エアバッグ４２の膨張力に伴い一対の扉板６０がインパネ２０の表面３２側に押し出されて、インパネ２０の第１ライン６６ａの形成箇所が破断する。この際、インパネ２０の第２ライン６６ｂの形成箇所が、ヒンジ部６２に応じて屈曲（又は破断）し、インパネ２０の第３ライン６６ｃの形成箇所が、保持壁５０と扉部５４の切離し箇所に沿って破断する。これにより、インパネ２０から車室１８内の所定方向にエアバッグ４２が飛び出していく。

次に、インパネ２０とエアバッグ部２８（保持ボックス４０）の振動溶着について具体的に説明する。既述したように、インパネ２０とエアバッグ部２８は、振動溶着装置１０を用いて振動溶着を行うことにより接合される。振動溶着装置１０は、例えば図３に示すように、ベース板７０、振動板７２及び制御部７４を備える。

ベース板７０は、振動溶着時にインパネ２０を支持する部材であり、制御部７４の作用下に床面に対して昇降可能に構成されている。ベース板７０の上面には、複数の治具７１が独立的に配置されている。この治具７１は、インパネ２０を所定の姿勢で位置決めする機能を有し、さらに振動溶着される箇所を下側から支持する。治具７１は、例えばアルミニウム材により構成される。

振動溶着装置１０は、振動溶着時に、インパネ２０の表面３２側を下向きにしてベース板７０に載置させる。インパネ２０の裏面３４側には、上述したエアバッグ部２８の他に、図示しないダクトが振動溶着される。このため、裏面３４側には、エアバッグ部２８に対応したティアライン６６と、ダクト取付部７６及びダクト孔７８が設けられている。なお、ダクトの振動溶着は、従来と同様であるため説明を省略する。また、インパネ２０の裏面３４側には、他の内装品が取り付けられてもよい。エアバッグ部２８の保持ボックス４０は、振動溶着前に、図示しない位置決め治具（或いは作業者の手動）によりインパネ２０のティアライン６６上に位置決めされる。

ベース板７０の治具７１としては、例えば、ダクト取付部７６の下方位置に配置されるダクト下側治具８０と、エアバッグ部２８の下方位置に設けられる支持治具８２（固定部）とが挙げられる。

一方、振動板７２は、ベース板７０の上方位置において加振手段８４に接続されている。振動板７２の下面には、ベース板７０の各治具７１と対向する位置に、振動可能な治具７３が設けられている。振動板７２の治具７３としては、例えば、ダクト取付部７６の上方位置に配置されるダクト上側治具８６と、エアバッグ部２８の上方位置に配置される加振用治具８８（図５参照）とが挙げられる。支持治具８２と加振用治具８８は、ベース板７０の上昇により、インパネ２０と保持ボックス４０を共に挟み込み、所定の圧力を加えることができる。この圧力は、制御部７４により制御可能である。

また、振動板７２は、加振手段８４の作用下に、ベース板７０に対して相対的に横方向（例えば、インパネ２０の左右方向：図３中のＸ方向）に振動する。この振動板７２の振動を受けることでダクト上側治具８６と加振用治具８８は、ダクト、保持ボックス４０及びインパネ２０に所定の振動力を加えることができる。ダクト上側治具８６及び加振用治具８８の振動状態（振幅、周波数、加振時間等）は、制御部７４により適宜制御される。

次に、インパネ２０のエアバッグ取付部３０を支持する支持治具８２について、図４を参照して詳述する。この支持治具８２は、インパネ２０にエアバッグ部２８を良好に振動溶着させる機能を有する。

支持治具８２は、ベース板７０に固定される枠部材９０と、枠部材９０の内側に収容されインパネ２０を直接支持する支持ブロック９２とを有する。支持治具８２の枠部材９０は、ベース板７０の上面から上方向に突出し、支持ブロック９２の全周囲を囲うことで、支持ブロック９２の平面方向の移動を規制する。この枠部材９０は、エアバッグ部２８の形状に対応して、平面視で長方形状に形成され、複数のネジ９０ａにより１つの辺毎にベース板７０に固定されている。

支持ブロック９２は、枠部材９０の内側に配置及び固定されることで、ベース板７０の上面に突出して、インパネ２０のエアバッグ取付部３０を支持する。支持ブロック９２の上面は、インパネ２０に面接触して、インパネ２０を支持する載置面９４となっている。

支持ブロック９２の載置面９４には、支持ブロック９２を下方向に所定深さ切り欠くことにより構成された溝部９６（空間部）が設けられている。溝部９６は、インパネ２０の位置決め固定状態で、エアバッグ取付部３０のティアライン６６に重なる位置に形成されており、振動溶着時にティアライン６６付近にて生じるインパネ２０の隆起（熱膨張部分）を許容する機能を有する。

具体的には、溝部９６は、ティアライン６６の第１ライン６６ａに対向する第１溝９６ａと、第２ライン６６ｂに対向する第２溝９６ｂと、第３ライン６６ｃに対向する第３溝９６ｃとを有する。第１〜第３溝９６ａ、９６ｂ、９６ｃは、同程度の幅及び深さに設定されている。振動溶着装置１０は、インパネ２０と支持ブロック９２を振動溶着する際に、ティアライン６６の深部（最も切り欠かれた部分）が溝部９６の幅方向中央部を通るように、インパネ２０を位置決め固定する。

以下、図５の断面図を参照して、インパネ２０の第１ライン６６ａと支持治具８２の第１溝９６ａ付近の関係について、さらに具体的に説明する。なお、インパネ２０の第２及び第３ライン６６ｂ、６６ｃと支持治具８２の第２及び第３溝９６ｂ、９６ｃの関係も、基本的には第１ライン６６ａと第１溝９６ａ付近の関係と同一であるため、その詳細な説明は省略する。

支持治具８２の第１溝９６ａは、断面視で、底壁９７と一対の側壁９８とに囲われ上面が開口している。第１溝９６ａの底壁９７は、平坦状に形成され、一対の側壁９８は、この底壁９７に対し直交方向に連設されている。

インパネ２０の第１ライン６６ａは、第１溝９６ａの幅方向中央部に配置され、該第１溝９６ａを架橋するように載置面９４に載置される。本実施形態に係る第１溝９６ａ（一対の側壁９８間）の幅αは、一対の扉板６０の隙間６４やティアライン６６の幅よりも幅広に設定されている。一方、第１溝９６ａの深さβ、すなわち載置面９４から底壁９７までの間隔は、振動溶着時のインパネ２０の熱膨張部分２０ａに接触しない程度（図６Ｂも参照）に設定することが好ましい。

保持ボックス４０は、位置決め治具等により一対の扉板６０の隙間６４が第１ライン６６ａに対向するように位置決めされて、インパネ２０の裏面３４側に積層される。従って、第１溝９６ａの幅方向中央部付近と、インパネ２０の第１ライン６６ａと、保持ボックス４０の隙間６４とは、積層方向に揃った状態となる。また、保持ボックス４０は、位置決め固定された状態で、扉部５４の溶着部５８が支持治具８２の載置面９４に対向する。よって、支持治具８２の載置面９４は、振動が直接的に伝達される部分（溶着部５８の対向位置）のインパネ２０を良好に支持することができる。

本実施形態に係る振動溶着装置１０は、基本的には以上のように構成されており、以下、この振動溶着装置１０の作用及び効果について、振動溶着方法に基づき説明していく。

振動溶着方法では、図３に示すように、先ず振動溶着装置１０のベース板７０に対し、インパネ２０を面方向に位置決めして載置及び固定する（固定ステップ）。この際、インパネ２０は、エアバッグ取付部３０のティアライン６６が、上方向（支持治具８２の載置面９４と反対面）を臨むように支持治具８２に固定する。また、ティアライン６６は、固定状態において、上述したように支持治具８２の溝部９６の幅方向中央部に重なる位置に配置される。

次に、振動溶着装置１０は、位置決め治具によりエアバッグ部２８の保持ボックス４０をインパネ２０に対して位置決め及び載置する。この際、一対の扉板６０の隙間６４が第１ライン６６ａに重なり、一対のヒンジ部６２が第２ライン６６ｂに重なり、扉部５４と保持壁５０の切離し箇所が第３ライン６６ｃに重なるように位置決めする。なお、保持ボックス４０は、インパネ２０に予め位置決め及び仮固定しておいてもよい。

その後、制御部７４の作用下にベース板７０を上昇させて、振動板７２の加振用治具８８とベース板７０の支持治具８２の間に、インパネ２０と保持ボックス４０を挟み込み、そのまま積層方向に加圧する（図６Ａも参照）。これにより、インパネ２０の裏面３４と保持ボックス４０の溶着部５８の接触面には、適度な圧力が加わる。

この圧力が加わった状態で、制御部７４の作用下に振動板７２をＸ方向に所定振幅及び所定周波数で振動させる。その結果、加振用治具８８から保持ボックス４０及びインパネ２０に振動力が付与され、インパネ２０の裏面３４と保持ボックス４０の溶着部５８との接触面に摩擦熱が発生して振動溶着がなされる（振動溶着ステップ）。

振動溶着ステップでは、溶着部５８付近からインパネ２０に溶着熱が伝達される。このため、図６Ｂに示すように、溶着部５８が近接しているティアライン６６（第１ライン６６ａ）付近のインパネ２０は、熱影響による変形（熱膨張）が生じる。特に振動溶着では、インパネ２０の裏面３４側の温度が高く、インパネ２０の表面３２側に向かって温度が低くなる熱勾配が現れる。そのため、インパネ２０の裏面３４寄りの肉が大きく流動し、インパネ２０の表面３２寄りの肉が小さく流動する（図６Ｂ中の白矢印参照）。これにより、ティアライン６６付近のインパネ２０の熱膨張部分２０ａは、溝部９６（第１溝９６ａ）側に移動し、インパネ２０のティアライン６６の形成箇所は、振動溶着時に溝部９６の底壁９７方向（下方向）に山形を描くように突出する。

振動溶着後は、制御部７４の作用下にベース板７０が下降して、支持治具８２と加振用治具８８の挟み込みが解除される。そして、インパネ２０と保持ボックス４０は、自然に冷却されることになり、振動溶着時に流動していた熱膨張部分２０ａが戻るように作用する。この際、インパネ２０は、裏面３４寄りのほうが表面３２寄りよりも温度が高かったため、裏面３４寄りの肉が大きく流動し、表面３２寄りの肉が小さく流動する（図６Ｃ中の白矢印参照）。

そのため、図６Ｃに示すように、インパネ２０のティアライン６６の形成箇所は、溝部９６（底壁９７）から離間するように変位する。インパネ２０の変位量は、溝部９６の形状により適切な量に制御することが可能であり、インパネ２０の表面３２は、冷却後状態（常温）において、振動溶着前の位置にちょうど復帰させることができる。すなわち、振動溶着後のインパネ２０の表面３２は、窪み（デフォーム）が殆ど目立たない平滑面とすることができる。また、支持治具８２の溝部９６は、振動溶着後にインパネ２０の残熱を良好に逃がすことができ、インパネ２０の復元を短時間化することができる。

ここで、図７Ａ及び図７Ｂに基づき、従来の振動溶着装置の支持治具２００について説明する。従来の支持治具２００のインパネ２０の載置面２０２は、本実施形態に係る溝部９６がない平坦面に構成され、振動溶着時にインパネ２０の熱膨張部分２０ａが下側に向かって逃げる部分が存在していない。そのため、振動溶着時には、インパネ２０の溶着熱により、ティアライン６６を挟んだインパネ２０の裏面３４側の肉が大きく流動する一方で、表面３２側の肉が殆ど流動しない現象が生じる。つまり、インパネ２０は、振動溶着時に、ティアライン６６の上部側の開口を狭めるように作用する。

振動溶着後にインパネ２０が冷却すると、ティアライン６６の上部側を狭めていた裏面３４側の肉が大きく流動するが、表面３２側の肉の流動が少ないことで、裏面３４側のティアライン６６を大きく拡げるように作用する。これにより、インパネ２０の表面３２は、裏面３４側に引っ張られるように変位し、ティアライン６６の形成箇所が反るように変形する。その結果、インパネ２０の表面３２側には窪み（デフォーム）が生じていた。

これに対し、本実施形態に係る振動溶着装置１０は、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、ティアライン６６に重なる位置に溝部９６を設けることで、振動溶着時のインパネ２０の熱膨張部分２０ａの移動を許容することができる。これにより、振動溶着後のインパネ２０の表面３２側は、窪みが生じない平滑面に構築される。

この場合、振動溶着時に、溝部９６側に入り込むインパネ２０の熱膨張部分２０ａの変位量が重要となる。この変位量は、振動溶着時の熱量やティアライン６６の形状等の影響も受けるが、本実施形態に係る振動溶着装置１０は、上記の要素が同じことを前提に、溝部９６の幅αにより変位量を調整している。以下、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、溝部９６の幅αとインパネ２０の変位量の関係について説明する。

図８Ａのグラフは、縦軸がインパネ２０の表面３２の変位量であり、横軸が溝部９６の幅αであり、振動溶着時の溝部９６の幅αに応じたインパネ２０の変位量を示す。なお、図８Ａ及び図８Ｂのグラフ中においては、溝部９６の幅αが狭い方から広い方に向かって順に、細い実線、細い一点鎖線、細い二点鎖線、太い実線、太い一点鎖線、太い二点鎖線で示している。

図８Ａの細い実線で示すように、溝部９６の幅αが充分狭い場合は、振動溶着時にインパネ２０の表面３２の変位が殆ど生じなかった。そして、溝部９６の幅αが所定以上拡がると、中心部（ティアライン６６の深部）の表面３２の変位量が順次増していくことが分かる。

図８Ｂのグラフは、振動溶着後に冷却した際の溝部９６の幅αに応じたインパネ２０の表面３２の変位量を示しており、各線は図８Ａと同様に溝部９６の幅αに対応している。図８Ｂにおいて、縦軸の変位量がマイナスの場合とは、インパネ２０の表面３２が裏面３４側に変位したこと（つまり、表面３２が反った状態）を示している。逆に、縦軸の変位量がプラスの場合とは、インパネ２０の表面３２が溝部９６側に突出したことを示している。

このことから、溝部９６の幅αが狭い場合（細い実線、細い一点鎖線）は、インパネ２０の表面３２が内側に反るように変位していることが分かる。また、溝部９６の幅αが広い場合（太い二点鎖線）は、表面３２の溝部９６側への突出状態が多少残ることが分かる。そして、細い二点鎖線、太い実線、太い一点鎖線の場合は、元の位置の近くまで形状が戻りインパネ２０の外観に殆ど影響を与えない誤差範囲となる。特に、溝部９６の幅αが太い実線のとき、インパネ２０の表面３２は略平坦状となることが分かる。つまり、溝部９６の幅を調整することで、インパネ２０の表面３２を殆ど変形させない状態とすることができる。

以上のように、本実施形態に係る振動溶着装置１０及び振動溶着方法によれば、インパネ２０のティアライン６６と重なる位置に溝部９６を備えるという簡単な構成により、振動溶着後のインパネ２０の変形を大幅に抑制することができる。すなわち、振動溶着時に生じる熱により、インパネ２０のティアライン６６の形成箇所が熱膨張しても、ティアライン６６と反対側（インパネ２０の表面３２側）の溝部９６に熱膨張部分２０ａを逃がすことができる。その結果、振動溶着後に冷却すると、溝部９６に移動していたインパネ２０の熱膨張部分２０ａが良好に戻される。よって、振動溶着後のインパネ２０は、窪み等がない（又は殆ど目立つことがない）品質の高いものとなる。

この場合、支持治具８２が溝部９６の幅方向中央部に位置するようにインパネ２０を固定することで、振動溶着装置１０は、振動溶着時にインパネ２０のティアライン６６付近の熱膨張部分２０ａを均等的に溝部９６に逃がすことができる。よって、振動溶着後に冷却した際には、インパネ２０が均等的に戻るので、インパネ２０の品質が一層向上する。また、振動溶着装置１０は、溝部９６が溶着部５８の間に位置するように保持ボックス４０を固定することで、振動溶着時に発熱した溶着部５８の熱影響によるインパネ２０の熱膨張部分２０ａを、溝部９６に確実に移動させることができる。

なお、本発明に係る振動溶着装置１０は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の形態をとり得る。以下、振動溶着装置１０の変形例について幾つか挙げて説明する。なお、以降の説明において、本実施形態に係る振動溶着装置１０と同一の構成又は同一の機能を有する構成については、同じ符号を付しその詳細な説明は省略する。

〔第１変形例〕
図９Ａ〜図９Ｄに示す第１変形例に係る支持治具８２Ａは、溝部１００の幅α及び位置を調整可能な位置調整機構１０２（位置調整部）を備えた構成となっている。位置調整機構１０２は、支持ブロック１０４を複数分割した分割ブロック１０６と、各分割ブロック１０６をベース板７０と相対的に移動可能とし且つ任意位置で固定するブロック位置固定部１０８とを含む。

分割ブロック１０６は、溝部１００の第１〜第３溝１００ａ、１００ｂ、１００ｃを個々に狭める又は拡げる機能を有する。この場合、枠部材９０寄りで溝部１００を囲う支持ブロック１０４ａは、隣接する第２及び第３溝１００ｂ、１００ｃに応じて４つの分割ブロック１０６に分割されている。一方、第２及び第３溝１００ｂ、１００ｃに囲われる２つの支持ブロック１０４ｂは、第１〜第３溝１００ａ、１００ｂ、１００ｃに応じて６つに分割される。

ブロック位置固定部１０８は、ベース板７０に設けられた位置調整用長孔１１０と、分割ブロック１０６に各々ネジ止めされる固定ネジ１１２とにより構成される。分割ブロック１０６は、位置調整用長孔１１０に沿って移動が案内され、固定ネジ１１２の締め付けによって所定位置に固定される。

溝部１００の幅の設定では、図９Ａに示すように溝部１００が狭いことで、インパネ２０の表面３２にデフォームが発生する場合には、ブロック位置固定部１０８の固定ネジ１１２を弛めて分割ブロック１０６を移動する。これにより、図９Ｃに示すように溝部１００の幅を拡げて、分割ブロック１０６をブロック位置固定部１０８により固定する。この際、上記のように支持ブロック１０４が分割ブロック１０６に分割されていることで、第１〜第３溝１００ａ、１００ｂ、１００ｃの溝幅を均等的に変更することができる。

これにより、溝部１００の幅が拡がることで、振動溶着時には、ティアライン６６が設けられているインパネ２０の表面３２側の変位量を適切な量に設定することができる。このように、振動溶着装置１０は、溝部１００の幅又は位置を調整可能な位置調整機構１０２を備えることで、溝部１００の幅に応じてインパネ２０の変位量を適宜調整することができる。従って、振動溶着後のインパネ２０の状態を容易に調整することができる。また、振動溶着装置１０は、振動溶着時の熱やインパネ２０の状態（材質や厚み等）に応じて支持治具８２を複数用意する必要がなくなるので、汎用性が高くなる。

〔第２変形例〕
図１０Ａに示す第２変形例に係る支持治具８２Ｂは、溝部１２０の幅α’を比較的広く設定し、溝部１２０の深さβ’を浅く設定した構成となっている。溝部１２０の深さβ’は、振動溶着時に底壁１２２がインパネ２０の表面３２に接触することが可能な程度である。これにより、溝部１２０の幅α’が広く形成されていても、振動溶着時に、インパネ２０の表面３２の変位量が底壁１２２によって規定される。その結果、振動溶着後の冷却に伴い、インパネ２０の表面３２を略平坦状に戻すことが可能となる。

〔第３変形例〕
図１０Ｂに示す第３変形例に係る支持治具８２Ｃは、溝部１３０の縁が丸角１３２に形成されている。このように丸角１３２に形成された溝部１３０は、支持治具８２Ｃ及び加振用治具８８の挟み込み時に、インパネ２０の表面３２の局所的な加圧を抑止することが可能となる。そのため、振動溶着を行っても、インパネ２０の表面３２に跡等が付く可能性を低減することができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、振動溶着装置１０は、インパネ２０とエアバッグ部２８の振動溶着に適用されるだけでなく、溝や孔等の切欠き部を有するワーク同士の振動溶着に好適に用いることができる。

Claims (6)

1. 切欠き部（６６）を有する第１ワーク（２０）と、第２ワーク（４０）とを積層して振動溶着する振動溶着装置（１０）であって、
   振動溶着時に前記第１ワーク（２０）の前記切欠き部（６６）が前記第２ワーク（４０）を臨むように、該第１ワーク（２０）を載置及び固定する固定部（８２、８２Ａ〜８２Ｃ）を備え、
   前記固定部（８２、８２Ａ〜８２Ｃ）は、前記第１ワーク（２０）の固定状態における前記切欠き部（６６）と重なる位置に、前記第１ワーク（２０）の振動溶着時の熱膨張を許容する空間部（９６、１００、１２０、１３０）を備える
   ことを特徴とする振動溶着装置（１０）。
2. 請求項１記載の振動溶着装置（１０）において、
   前記切欠き部（６６）は、該切欠き部（６６）の延在方向に直交する断面視で、前記第１ワーク（２０）の前記第２ワーク（４０）を臨む表面から前記空間部（９６、１００、１２０、１３０）側に向かって最も切り欠かれた深部を有し、
   前記固定部（８２、８２Ａ〜８２Ｃ）は、前記切欠き部（６６）の延在方向に直交する断面視で、前記空間部（９６、１００、１２０、１３０）の幅方向中央部に前記深部が位置するように前記第１ワーク（２０）を固定する
   ことを特徴とする振動溶着装置（１０）。
3. 請求項１記載の振動溶着装置（１０）において、
   前記固定部（８２Ａ）は、前記空間部（１００）の幅又は位置を調整可能な位置調整機構（１０２）を備える
   ことを特徴とする振動溶着装置（１０）。
4. 請求項１記載の振動溶着装置（１０）において、
   前記第２ワーク（４０）は、複数の溶着部（５８）を備え、
   前記空間部（９６）は、前記第２ワーク（４０）の固定状態で前記溶着部（５８）の間に設けられる
   ことを特徴とする振動溶着装置（１０）。
5. 請求項１記載の振動溶着装置（１０）において、
   前記第１ワーク（２０）は、自動車のインストルメントパネルであり、
   前記第２ワーク（４０）は、前記インストルメントパネルに溶着され所定のタイミングで前記自動車内に展開されるエアバッグ（３６）の保持部であり、
   前記切欠き部（６６）は、前記エアバッグ（３６）の展開に伴い破断される破断予定部である
   ことを特徴とする振動溶着装置（１０）。
6. 切欠き部（６６）を有する第１ワーク（２０）と、第２ワーク（４０）とを積層して振動溶着する振動溶着方法であって、
   前記切欠き部（６６）が前記第２ワーク（４０）を臨むように前記第１ワーク（２０）を載置及び固定可能な固定部（８２、８２Ａ〜８２Ｃ）に対し、該固定部（８２、８２Ａ〜８２Ｃ）の空間部（９６、１００、１２０、１３０）に前記切欠き部（６６）が重なるように固定する固定ステップと、
   前記固定ステップ後に、前記第１及び第２ワーク（２０、４０）に振動力を付与することで、前記第１ワーク（２０）の熱膨張を前記空間部（９６、１００、１２０、１３０）に逃がしつつ前記第１ワーク（２０）と前記第２ワーク（４０）とを溶着する振動溶着ステップとを有する
   ことを特徴とする振動溶着方法。

Images