JP6197755B2 - 樹脂部材の溶着方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の樹脂部材を相互に溶着するための溶着方法に関し、特に超音波振動溶着による溶着方法に関する。
複数の樹脂部材を相互に溶着するとき、超音波振動溶着法が用いられることがある。この超音波振動溶着法は、被溶着部材に溶着部材を押し付けながら、溶着部材側から超音波振動を加え、両者の対接部を摩擦熱により溶融させて溶着するものである。
従来、例えば、被溶着部材としての樹脂製のバンパーの裏面に、溶着部材としての樹脂製のセンサ取付部材を超音波振動溶着により溶着する場合、バンパーの裏面に突状のリブを一体成形し、このリブにセンサ取付部材の溶着面を押し付けながら、センサ取付部材側から超音波振動を加えて、バンパーのリブとセンサ取付部材の溶着面とを溶融させて両者を溶着していた。
また、特許文献1には、互いに溶着される部材である保護シートの両者の溶着面に、矩形断面を有しており且つ直線状に平行に延びる複数のリブを設け、両側のリブの先端面の全面を互いに対接させた状態で、一方側から超音波振動を加えて、リブの対接面の全面を溶融させ溶着することが開示されている。
特開平5−131549号公報
ところで、複数の樹脂部材を超音波振動溶着により相互に溶着する場合、溶着時に印加される熱量により溶着部近傍が熱をもち、冷却時においてひけが生じる場合がある。
特に、特許文献1に記載の方法のように、矩形断面のリブの先端面の全面を対接させて溶着させようとすると、両リブが対接してなる溶着部は広く、該溶着部を溶融させるのに相当量の熱量が必要とされる。この結果、溶着時に印加された熱量により、上述したように冷却時において溶着部近傍にひけが生じやすい。特に車両用の樹脂製のバンパーのように、ひけが外観に現れる意匠面に生じる場合に問題となる。
さらに、近年の軽量化や、樹脂の所要量の低減といった要求のために、樹脂部材の肉厚が薄くされる傾向があり、溶着時の熱がバンパーの表面側に伝熱しやすくなっており、バンパーの表面側の意匠面に、ひけがより生じやすくなっている。
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、表面が意匠面である被溶着部材の裏面に、溶着部材を超音波振動によって効率的に溶着して、意匠面への溶着熱による影響を低減できる溶着方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。
まず、本願の請求項1に記載の発明は、表面が意匠面となる板状の本体部を有する第1樹脂部材と該第1樹脂部材の裏面に配設される第2樹脂部材とを超音波振動溶着で溶着する樹脂部材の溶着方法であって、前記第1、第2樹脂部材として、互いに溶着される溶着面にそれぞれ複数のリブが一体形成された部材を準備する、ここで、前記第1樹脂部材の複数のリブはこれらのリブの延在方向に交差する所定の間隔を空けて並設されており、前記第2樹脂部材の複数のリブはこれらのリブの延在方向に交差する方向に所定の間隔を空けて並設されている、樹脂部材準備ステップと、前記第1樹脂部材のリブと前記第2樹脂部材のリブとが交差して対接するように、前記第1、第2樹脂部材の溶着面を対向させて配置する樹脂部材配置ステップと、前記第2樹脂部材における反溶着面側から超音波振動を加えて、前記第1樹脂部材のリブと前記第2樹脂部材のリブの対接部とを溶融させて熱溶着させる樹脂部材溶着ステップと、を備え、前記樹脂部材溶着ステップは、前記第1樹脂部材の前記本体部が溶融しないように行うことを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の発明の、前記樹脂部材準備ステップにおいて、前記第1樹脂部材としては矩形断面のリブを有する部材を準備し、前記第2樹脂部材としては三角断面のリブを有する部材を準備し、前記樹脂部材配置ステップにおいて、前記第2樹脂部材の前記三角断面のリブの頂点部分と、前記第1樹脂部材の前記矩形断面のリブの先端面と、が対接するように配置することを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は2に記載の発明の、前記樹脂部材準備ステップにおいて、前記第1、第2樹脂部材としては互いに略直交可能なリブを有する部材を準備し、前記樹脂部材配置ステップにおいて、前記第1樹脂部材のリブと前記第2樹脂部材のリブとが略直交するように配置することを特徴とする。
前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
まず、請求項1に記載の発明によれば、第1、第2樹脂部材を、それぞれのリブが交差して対接するように配置したので、第1、第2樹脂部材の両リブが対接してなる溶着部を、それぞれのリブ上に断続的に点在する複数の部分溶着部で構成できる。これにより、第1、第2樹脂部材を、それぞれのリブの先端面の全面を対接させてなる溶着部に比して、断続的に点在する複数の部分溶着部からなる溶着部は小さい領域となるので、該溶着部を溶融させるのに要する熱量を低減できる。
この結果、溶着部近傍への入熱量が低減されることになり、溶着部近傍の本体部の表面側の意匠面に生じるひけを抑制できる。すなわち、第1樹脂部材の裏面に第2樹脂部材を超音波振動溶着によって効率的に溶着して、意匠面への溶着熱による影響を低減できる。
また、請求項2に記載の発明によれば、第2樹脂部材のリブの三角断面の頂点部分と第1樹脂部材のリブの矩形断面の先端面とが対接するように、第1、第2樹脂部材を配置したので、第1、第2樹脂部材の両リブが対接してなる各部分溶着部を線状に構成できる。これにより、各部分溶着部をより一層小さく構成できるので、溶着部を溶融させるのに要する熱量をより一層低減して、より一層効率的に溶着できる。したがって、意匠面への溶着熱による影響をより一層低減できる。
さらに、第2樹脂部材側に三角断面のリブを設けたので、第1樹脂部材側のリブよりも、第2樹脂部材側のリブをより溶融させやすく、第1樹脂部材側の溶融量を減じることができる。これにより、第1樹脂部材の表面の意匠面への溶着熱による影響をより一層低減できる。
また、請求項3に記載の発明によれば、第1、第2樹脂部材を、それぞれのリブが略直交して対接するように配置したので、第1、第2樹脂部材の両リブが対接してなる各部分溶着部を、短い長さで構成できる。これによって、溶着部を溶融させるのに要する熱量をさらにより一層低減して、さらにより一層効率的に溶着できる。したがって、意匠面への熱溶着による影響をさらにより一層低減できる。
すなわち、本発明による樹脂部材の接合方法によれば、表面が意匠面である被溶着部材の裏面に、溶着部材を超音波振動によって効率的に溶着して、意匠面への溶着熱による影響を低減できる。
本発明の一実施形態に係るバンパー組立体の前方斜視図である。 バンパー組立体の後方斜視図である。 バンパー組立体の要部分解図である。 図2のIV−IV線に沿った断面図である。 センサ取付部材の単体斜視図である。 図4のVI−VI線に沿った断面図である。 図4のVII−VII線に沿った断面図である。 第2の実施形態に係る、図7と同様の断面図である。 第3の実施形態に係る、図7と同様の断面図である。 第4の実施形態に係る、図7と同様の断面図である。 第5の実施形態に係る超音波振動溶着装置の構成を示す概略図である。
<第1の実施形態>
以下、樹脂製の車両用のバンパー(第1樹脂部材)の裏面に、樹脂製のセンサ取付部材(第2樹脂部材)を超音波振動溶着により溶着する例を、添付図面を用いて説明する。なお、説明の都合上、車両の前後、左右、及び上下方向を、各部材の前後、左右、及び上下方向と称する。図1は車両用のバンパー組立体10の表面側を示す斜視図であり、図2はバンパー組立体10の裏面側を示す斜視図である。
図1に示されるように、バンパー組立体10は、表面が意匠面となるバンパー20と、バンパー20の裏面に配設されたセンサ取付部材30(図2参照)と、を備えている。バンパー20は、板状の本体部21を有しており、本体部21の表面21aが意匠面とされ、裏面21bにセンサ取付部材30が配設されるようになっている。本体部21には左右一対のセンサ取付孔22、22が、前後方向に貫通して形成されている。センサ取付孔22、22には、バンパー20に近接する障害物を検知するための障害物検知センサ(図示しない)が、本体部21の裏面21b側から取り付けられるようになっている。
図2に示されるように、センサ取付部材30は、左右一対のセンサ取付孔22、22に対応して左右一対に配設されており、バンパー20の裏面21bに超音波振動溶着で溶着されている。センサ取付部材30は、前記障害物検知センサを支持して、前記障害物検知センサがセンサ取付孔22を介してバンパー20の表面21a側に臨むように構成されている。
図3は、図2中の鎖線で示す左側のセンサ取付部材30の近傍を拡大しつつ、バンパー20からセンサ取付部材30を分解した状態を示す、要部分解図である。図3に示されるように、バンパー20の裏面21bには、本体部21から後方に突出した複数の突状のリブ23…23が一体に形成されている。複数のリブ23…23は、直線状に略上下方向に延びており、互いに平行であり、且つ、センサ取付孔22を挟んで左右一対に設けられている。
図4は、図2のIV−IV線に沿った断面図である。図4に示されるように、リブ23…23は、矩形断面を有しており、本体部21の厚さT1に比して十分に薄くされた幅W1で形成されている。リブ23の高さH1及び成形ピッチP1は樹脂成形できる範囲で所定の値に設定されている。例えば、本体部21の厚さT1は、1.8mmであり、リブ23の幅W1は0.5mmであり、高さH1は1mmであり、成形ピッチP1は2mmである。すなわち、リブ23の幅W1は、本体部21の厚さT1の1/3以下である約28%に設定されており、十分に薄くされている。
ところで、バンパー成形時においては、樹脂が熱収縮するときに内部応力が生じ、該内部応力によりバンパーの表面に成形ひけが発生しやすい。しかしながら、上述したように本実施形態においては、リブ23の幅W1を薄く設定しているので、バンパー成形時における熱収縮のときに生じる内部応力を低減でき、これによりバンパーの表面への成形ひけを抑制している。
次に、図5、図6を参照して、センサ取付部材30について説明する。図5はセンサ取付部材30を溶着面側(すなわちバンパー20側)からみた斜視図であり、図6は図4のVI−VI線に沿った断面図である。
図5に示されるように、センサ取付部材30は、基部31と、基部31から後方に突出したセンサ取付部32と、を備えている。基部31は、バンパー20の裏面21bに対向する(すなわち前側)の溶着面31aと、反対側(すなわち後側)の反溶着面31bと、を有している。溶着面31aには、基部31からバンパー20側に突出した、複数の突条のリブ33…33が一体に形成されている。複数のリブ33…33は、直線状に略左右方向に延びており、互いに平行であり、且つ、バンパー20に形成された左右一対の複数のリブ23…23(図3参照)に対応した位置に左右一対に設けられている。
図6に示されるように、リブ33…33は、三角断面を有しており、前側に位置する頂点部分34がバンパー20のリブ23の先端面24に対向するように構成されている。例えば、リブ33の三角断面は略正三角形であり、各辺の長さL2は1mmであり、成形ピッチP2は2mmである。
次に、バンパー20へのセンサ取付部材30の溶着方法について説明する。図7は、図4のVII−VII線に沿った断面図であり、バンパー20の複数のリブ23…23と、センサ取付部材30の複数のリブ33…33とが対接してなる溶着部40を示している。まず、樹脂部材準備ステップとして、上記のように構成された、すなわち、板状の本体部21を有しており且つ裏面21b側に複数のリブ23…23が一体形成されたバンパー20と、基部31を有しており且つ溶着面31aに複数のリブ33…33が一体形成されたセンサ取付部材30と、を準備する。
次に、樹脂部材配置ステップとして、センサ取付部材30を、左右一対の複数のリブ33…33が、バンパー20に設けられた左右一対の複数のリブ23…23に交差して対接するように位置を合わせて配置する。
このとき、リブ23は上下方向に延びており、一方リブ33は左右方向に延びているので、両リブ23、33は互いに略直交して対接することになる。しかも、リブ33の三角断面の頂点部分34が、リブ23の矩形断面の先端面24に対接して且つ略直交している。このようにバンパー20にセンサ取付部材30を配置することで、リブ33とリブ23とが対接してなる溶着部40は、断続的に点在する複数の線状の部分溶着部41…41から構成されることになる。さらに、リブ23とリブ33とが略直交しているので、各部分溶着部41の長さはより短くなる。
次に、樹脂部材溶着ステップとして、この状態で、センサ取付部材30の反溶着面31bに超音波振動装置により、超音波振動を印加することで、両リブ23、24を溶融して、バンパー20の裏面にセンサ取付部材30を熱溶着させることができる。このとき、バンパー20の本体部21が溶融しないように、超音波振動を印加する諸条件(振幅、印加時間、周波数等)を適宜設定する。
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を発揮できる。
(1)バンパー20及びセンサ取付部材30を、それぞれのリブ23、33が交差して対接するように配置したので、これらのリブ23、33が対接してなる溶着部40を、それぞれのリブ23、33上に断続的に点在する複数の部分溶着部41で構成できる。これにより、バンパー20及びセンサ取付部材30を、それぞれのリブ23、33の先端面の全面を対接させてなる溶着部に比して、断続的に点在する複数の部分溶着部41からなる溶着部40は小さい領域となるので、該溶着部40を溶融させるのに要する熱量を低減できる。
この結果、溶着部40の近傍への入熱量が低減されることになり、溶着部40の近傍における本体部21の表面21a側の意匠面に生じるひけを抑制できる。すなわち、バンパー20の裏面にセンサ取付部材30を超音波振動溶着によって効率的に溶着して、意匠面(表面21a側)への溶着熱による影響を低減できる。
(2)センサ取付部材30のリブ33の三角断面の頂点部分34とバンパー20のリブ23の矩形断面の先端面24とが対接するように、バンパー20及びセンサ取付部材30を配置したので、両リブ23、33が対接してなる各部分溶着部41を線状に構成できる。これにより、各部分溶着部41をより一層小さく構成できるので、溶着部40を溶融させるのに要する熱量をより一層低減して効率的に溶着できる。したがって、意匠面(表面21a側)への溶着熱による影響をより一層低減できる。
(3)センサ取付部材30側に三角断面のリブ33を形成するとともに、バンパー20側に矩形断面のリブ23を形成したので、三角断面のリブ33の頂点部分34に熱量を集中させやすく、これにより、リブ33側をリブ23側よりも溶融させやすい。この結果、バンパー20側のリブ23の溶融量を低減して、バンパー20の意匠面(表面21a側)への溶着熱による影響をより一層低減できる。
(4)バンパー20及びセンサ取付部材30を、それぞれのリブ23、33が略直交して対接するように配置したので、両リブ23、33が対接してなる各部分溶着部41を、より短い長さで構成できる。これによって、溶着部40を溶融させるのに要する熱量をより一層低減してより効率的に溶着できる。したがって、意匠面(表面21a側)への熱溶着による影響をより一層低減できる。
なお、リブ23、33の諸元(例えば、幅、高さ、成形ピッチ)は、要求される溶着強度に応じて、適宜設定できる。すなわち、溶着強度が要求される場合には、溶着部40の領域が大きくなるように、成形ピッチP1、P2を狭くしてリブ23、33の本数を増大させたり、リブ23の幅W1を広くしたりしてもよい。
また、リブ33の三角断面は正三角形でなくてもよい。頂点部分34の角度を増大させる(例えば90°、120°)ことでリブ33側の溶融を抑制でき、逆に頂点部分34の角度を低減する(例えば50°、40°)ことでよりリブ33側をより溶融させることができる。なお、リブ33は三角断面に限らず、例えば5角形で構成してもよく、つまり、対向するリブ23の先端面24側に頂点部分を有するように構成すればよい。
逆に、ひけをより低減させることが要求される場合には、溶着領域が小さくなるように、各部分溶着部41を拡散させて点在させるように、例えば、成形ピッチP1、P2を広くしたり、リブ23の幅W1を狭くしたりできる。
また、上記実施形態では、バンパー20のリブ23と、センサ取付部材30のリブ33とを、略直交させて対接させたが、これに限らず、交差させればよく必ずしも直交させなくてもよい。すなわち、両リブ23、33を交差させることで、両リブ23、33が対接してなる溶着部40を、断続的に点在する複数の部分溶着部41で形成でき、これにより、両リブの先端面の全面を対接させる場合に比して、溶着部40を小さくできる。
<第2の実施形態>
図8を参照して、第2の実施形態について説明する。図8は、第2の実施形態に係る溶着部402を示す図7と同様の断面図である。第2の実施形態は、第1の実施形態に対して、センサ取付部材30のリブ332が三角断面でなく、矩形断面であることのみ異なり、他は同一である。
すなわち、図8に示されるように、バンパー20のリブ23とセンサ取付部材30のリブ332とが対接してなる溶着部402は、それぞれのリブ23、332上に断続的に点在する複数の島状の部分溶着部412から構成されることになる。これにより、第1の実施形態に係る溶着部40(図7参照)に比して、本実施形態に係る溶着部402の溶着領域を大きく構成できる。すなわち、第1の実施形態に比して、バンパー20へのセンサ取付部材30の溶着強度を増大させることができる。
<第3の実施形態>
図9を参照して、第3の実施形態について説明する。図9は、第3の実施形態に係る溶着部403を示す図7と同様の断面図である。第3の実施形態は、第1の実施形態に対して、バンパー20のリブ233及びセンサ取付部材30のリブ333が直線状でなく、曲線状(波状)であることのみ異なり、他は同一である。
すなわち、図9に示されるように、バンパー20のリブ233とセンサ取付部材30のリブ333とが対接してなる溶着部403は、それぞれのリブ233、333上に断続的に点在する複数の曲線状の部分溶着部413から構成されることになる。
これにより、リブ233、333をそれぞれ曲線状に形成することで、バンパー20及びセンサ取付部材30からそれぞれ突出したリブ233、333自体の強度を増大させることができる。しかも、部分溶着部413は曲線状であるので、第1の実施形態に係る直線状の部分溶着部41に比して、溶着部403自体の強度を増大させることができる。
<第4の実施形態>
図10を参照して、第4の実施形態について説明する。図10は、第4の実施形態に係る溶着部404を示す図7と同様の断面図である。第4の実施形態は、第1の実施形態に対して、バンパー20のリブ234が直線状でなく、環状であることのみ異なり、他は同一である。
すなわち、図10に示されるように、バンパー20のリブ234と、センサ取付部材30のリブ33とが対接してなる溶着部404は、左右方向に形成された相対的に短い部分溶着部414と、上下方向に形成された相対的に長い部分溶着部414とで、構成できる。これにより、左右方向の部分溶着部441に比して、上下方向の部分溶着部441の溶着領域を増大させることができ、すなわち、溶着部404の上下方向の溶着強度を増大させることができる。
逆に、バンパー20側を上下方向に延びる直線状のリブ23のままとして、センサ取付部材30側のリブを環状にすることで、左右方向の部分溶着部を相対的に長くして、左右方向の溶着強度を増大させることができる。
また、環状のリブ234を設けることで、リブ234が設けられた部分のバンパー20の面剛性を高めることができる。
<第5の実施形態>
図11を参照して、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、第1〜第4の実施形態に係る超音波振動溶着を自動で行うための超音波振動溶着装置であり、以下、第1の実施例に基づいて説明する。図11は、第5の実施形態にかかる超音波振動溶着装置50の構成を示す概略図である。図11に示されるように、超音波振動溶着装置50は、振動部51(溶着手段)と、振動部51を制御する制御部52(制御手段)と、を備えている。
振動部51は、溶着部材に当接して超音波振動を加える押圧部51aと、押圧部51aを加振させる加振部51bと、を有している。加振部51bは、制御部52により制御された、周波数、振幅、及び時間で、押圧部51aを加振するようになっている。
超音波振動溶着装置50は、表面が意匠面となる板状の本体部21を有するバンパー20と、バンパー20の裏面に配設されるセンサ取付部材30とを、互いに溶着される面にそれぞれに形成された複数のリブ23、33が交差して対接するように、両溶着面を対向させて配置させた状態で、センサ取付部材30の反溶着面31b側から超音波振動を加えて、バンパー20のリブ23とセンサ取付部材30のリブ33の対接部とを溶融させて熱溶着させるときに、バンパー20の本体部21が溶融しないように、制御部52が振動部51を制御するようになっている。
なお、制御部52は、本体部21が溶融しないように予め設定された所定の加振条件(供給熱量(エネルギ)、又は該供給熱量を実現するための例えば、周波数、振幅、及び時間)に基づいて、振動部51を超音波振動させる。すなわち、制御部52は、振動部51を、所定の加振条件に到達するまで超音波振動させて、所定の加振条件に到達したとき自動停止させるようになっている。したがって、超音波振動溶着装置50によれば、バンパー20の本体部21を溶融させることなく、バンパー23にセンサ取り付け部材30を溶着できる。
バンパー20及びセンサ取付部材30の配置及び、振動部51のセンサ取付部材30の反溶着面への移動及び退避は、例えばロボットやアクチュエータにより自動で行ってもよく、手動で行ってもよい。
なお、上記実施形態では、被溶着部材として車両用のバンパーを用い、溶着部材としてセンサ取付部材を用いて説明をしたが、これに限られず、溶着した際に外観上にひけが生じると問題となる部品、例えば樹脂製の、フェンダー、スポイラー、ドアミラー、及び内装材に適用することができる。また、車両用部品以外にも適用できる。
なお、本発明は、以上の実施形態に示すものに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形および変更を行うことも可能である。
以上説明したように、本発明によれば、表面が意匠面である被溶着部材の裏面に、溶着部材を超音波振動によって効率的に溶着して、意匠面への溶着熱による影響を低減できるので、この種の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。
10 バンパー組立体
20 バンパー
21 本体部
22 センサ取付孔
23 リブ
24 先端面
30 センサ取付部材
31 基部
32 センサ取付部
33 リブ
34 頂点部分
40 溶着部
41 部分溶着部

Claims (3)

  1. 表面が意匠面となる板状の本体部を有する第1樹脂部材と該第1樹脂部材の裏面に配設される第2樹脂部材とを超音波振動溶着で溶着する樹脂部材の溶着方法であって、
    前記第1、第2樹脂部材として、互いに溶着される溶着面にそれぞれ複数のリブが一体形成された部材を準備する、ここで、前記第1樹脂部材の複数のリブはこれらのリブの延在方向に交差する方向に所定の間隔を空けて並設されており、前記第2樹脂部材の複数のリブはこれらのリブの延在方向に交差する方向に所定の間隔を空けて並設されている、樹脂部材準備ステップと、
    前記第1樹脂部材のリブと前記第2樹脂部材のリブとが交差して対接するように、前記第1、第2樹脂部材の溶着面を対向させて配置する樹脂部材配置ステップと、
    前記第2樹脂部材における反溶着面側から超音波振動を加えて、前記第1樹脂部材のリブと前記第2樹脂部材のリブの対接部とを溶融させて熱溶着させる樹脂部材溶着ステップと、を備え、
    前記樹脂部材溶着ステップは、前記第1樹脂部材の前記本体部が溶融しないように行うことを特徴とする樹脂部材の溶着方法。
  2. 前記樹脂部材準備ステップにおいて、前記第1樹脂部材としては矩形断面のリブを有する部材を準備し、前記第2樹脂部材としては三角断面のリブを有する部材を準備し、
    前記樹脂部材配置ステップにおいて、前記第2樹脂部材の前記三角断面のリブの頂点部分と、前記第1樹脂部材の前記矩形断面のリブの先端面と、が対接するように配置する、
    請求項1に記載の樹脂部材の溶着方法。
  3. 前記樹脂部材準備ステップにおいて、前記第1、第2樹脂部材としては互いに略直交可能なリブを有する部材を準備し、
    前記樹脂部材配置ステップにおいて、前記第1樹脂部材のリブと前記第2樹脂部材のリブとが略直交するように配置する、
    請求項1又は2に記載の樹脂部材の溶着方法。
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