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