JP6369234B2 - 部品結合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、部品結合体の製造方法に関する。

下記特許文献１には、車両用灯具の振動溶着方法が開示されている。この振動溶着方法は、合成樹脂材料によってそれぞれが形成された灯具ボディと前面レンズとを振動により溶着する方法である。振動溶着において、灯具ボディはボディ受治具に保持されると共に、前面レンズはレンズ受治具に保持されている。ボディ受治具には、灯具ボディよりも硬度が高く、先端が尖った凸部を有する安定部材が設けられている。安定部材を灯具ボディに食込ませることにより、ボディ受治具からの振動が灯具ボディへ伝達されると共に、ボディ受治具からの灯具ボディの外れが防止されている。

特開平１１−７８０５号公報

ところで、車両等の部品として、炭素繊維を含む熱可塑性樹脂材料によって形成された炭素繊維強化プラスチック（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastic）が使用されている。上記振動溶着方法を用い、部品同士を振動溶着する場合、部品の表面の硬度が高く、安定部材が食込み難い。このため、受治具から部品へ振動が与えられると、受治具と部品との間に滑りが生じ、受治具に部品がホールドされないので、改善の余地があった。

本発明は上記事実を考慮し、振動用金型に樹脂製の部品をしっかりとホールドさせて、部品同士を振動溶着により結合させることができる部品結合体の製造方法を得ることが目的である。

請求項１に記載された発明に係る部品結合体の製造方法は、熱可塑性樹脂材料によって形成された第１部品の板状部位の一表面に板状部位に溶着可能な第２部品を重合わせ、一表面と反対側であって一表面と板厚方向に向かい合う他表面と振動装置から板面方向へ振動が入力される振動用金型との間に、板面方向への振動における板状部位と第２部品との摩擦力よりも、板面方向への振動における板状部位との密着力及び振動用金型との密着力が大きく、かつ振動用金型から板状部位への振動が伝達可能な密着体を介在させる第１工程と、振動用金型を板面方向へ振動させて密着体を介して板状部位に振動を伝達することにより、密着体を介在させない場合に比し、振動用金型に対する板状部位の滑りを小さくして振動用金型から板状部位に振動を伝達し、板状部位と第２部品とを重合わせた部位を溶着させ、板状部位と第２部品とを結合する第２工程と、を備えている。

請求項１に係る部品結合体の製造方法では、まず第１部品の板状部位の一表面に第２部品が重合わされ、板状部位の他表面には振動用金型が配置される。第１部品は熱可塑性樹脂材料によって形成されている。第２部品は板状部位に溶着可能な材料によって形成されている。次に、振動用金型を振動させて板状部位に振動を伝達することにより、板状部位と第２部品とを重合わせた部位を溶着させ、第１部品と第２部品とが結合される。

ここで、板状部位の他表面と振動用金型との間に密着体を介在させ、振動用金型から密着体を介して板状部位へ振動が伝達される。密着体の板状部位、振動用金型のそれぞれとの密着力は板状部位と第２部品との摩擦力よりも大きく、かつ密着体は振動用金型から板状部位へ振動を伝達可能としている。このため、振動用金型に対する板状部位の滑りが小さくなると共に、振動用金型からの振動を板状部位へ伝達させることができる。

請求項２に記載された発明に係る部品結合体の製造方法では、請求項１に係る発明において、第１工程は、振動用金型の硬度よりも高い硬度を有する板状部位を第２部品に結合する工程である。

請求項２に係る部品結合体の製造方法によれば、振動用金型と板状部位との間に密着体が介在されるので、板状部位の硬度が振動用金型の硬度より高くても、振動用金型に対する板状部位の滑りが小さくなると共に、振動用金型からの振動を板状部位へ伝達させることができる。

請求項３に記載された発明に係る部品結合体の製造方法では、請求項１又は請求項２に係る発明において、第１工程は、繊維が含まれる熱可塑性樹脂材料によって形成された第１部品の板状部位と、第１部品と同一の熱可塑性樹脂材料によって形成された第２部品とを結合する工程である。

請求項３に係る部品結合体の製造方法によれば、繊維が含まれる熱可塑性樹脂材料によって第１部品の板状部位及び第２部品が形成されている。このため、振動溶着により板状部位及び第２部品の熱可塑性樹脂材料及び繊維をしっかりと混合させることができる。

請求項４に記載された発明に係る部品結合体の製造方法では、請求項１〜請求項３のいずれか１項に係る発明において、第２工程は、第１部品の融点温度よりも高い融点温度を有する密着体を板状部位と振動用金型との間に介在させる工程である。

請求項４に係る部品結合体の製造方法によれば、密着体の融点温度が第１部品の融点温度よりも高いので、振動溶着により板状部位と第２部品との間に摩擦熱が生じても、密着体は融点温度に達しない。このため、摩擦熱による温度上昇が生じても、密着体により振動用金型に対する板状部位の滑りが小さくなると共に、振動用金型からの振動を板状部位へ伝達させることができる。

請求項１に記載された発明に係る部品結合体の製造方法は、振動用金型に樹脂製の部品をしっかりとホールドさせて、部品同士を振動溶着により結合させることができるという優れた効果を有する。

請求項２に記載された発明に係る部品結合体の製造方法は、部品の硬度が振動用金型の硬度よりも高くても、振動用金型に樹脂製の部品をしっかりとホールドさせて、部品同士を振動溶着により結合させることができるという優れた効果を有する。

請求項３に記載された発明に係る部品結合体の製造方法は、部品同士の結合部での熱可塑性樹脂材料及び繊維をしっかりと混合させることができるので、部品同士の結合強度を増強させることができるという優れた効果を有する。

請求項４に記載された発明に係る部品結合体の製造方法は、部品同士の摩擦熱が発生しても、振動用金型に部品をしっかりとホールドさせて、部品同士を振動溶着により結合させることができるという優れた効果を有する。

本実施の形態に係る部品結合体の製造方法が適用された部品結合体としての車両のフロントバンパーリインホースメントの断面図（図２及び図３に示されるＡ−Ａ切断線で切って車両側面側から見た断面図）である。 図１に示されるフロントバンパーリインホースメントが組付けられた車両前部の骨格構造を車両前方側から見た斜視図である。 図１及び図２に示されるフロントバンパーリインホースメントを車両前方側から見た斜視図である。 本実施の形態に係る部品結合体の製造方法を説明する図１に対応させた第１工程断面図である。 図４に示される要部の拡大工程断面図である。 第２工程断面図である。 図６に示される要部の拡大工程断面図である。

以下、図１〜図７を用いて、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法を部品結合体と併せて説明する。なお、図中、適宜示されている矢印ＦＲは本実施の形態が適用された自動車の車両前方向を示し、矢印ＩＮは車両幅方向内側を示している。また、矢印ＵＰは車両上方向を示している。なお、自動車等の車体に対する部品結合体及びその製造方法の適用方向が本実施の形態により限定されるものではない。

（車両前部の構成）
図２に示されるように、本実施の形態に係る部品結合体としてのフロントバンパーリインホースメント（以下、単に「バンパーＲＦ」という）２０は車両前部１０に組付けられている。車両前部１０において、バンパーＲＦ２０の車幅方向一端部の車両後方側にはクラッシュボックス１４を介して車両前後方向を長手方向とするフロントサイドメンバ１２が接続されている。一方、バンパーＲＦ２０の車幅方向他端部の車両後方側には、フロントサイドメンバ１２と平行に設けられたフロントサイドメンバ１６がクラッシュボックス１８を介して接続されている。

（部品結合体の構成）
図１〜図３に示されるように、バンパーＲＦ２０は、車両前方側に設けられた第１部品２２と、第１部品２２よりも車両後方側に設けられて第１部品２２に結合された第２部品２４とを備えている。

第１部品２２は、車幅方向を長手方向とし、かつ車両上下方向を短手方向とした板状部材によって形成されている。第１部品２２の車幅方向両端部２２Ｃ、２２Ｄは車両後方側へ向かってそれぞれ湾曲されている。第１部品２２の下端部は、車両後方側へ折曲げられると共に折曲げられた後端が更に車両下方側へ折曲げられ、車両側面視においてＬ字状のフランジ部２２Ａとして形成されている。第１部品２２の上端部は、車両後方側へ折曲げられると共に折曲げられた後端が更に車両上方側へ折曲げられ、フランジ部２２Ａと同様にＬ字状のフランジ部２２Ｂとして形成されている。図１に示されるように、第１部品２２は、車両側面視において、車両上下方向の中間部が車両前方側へ突出されたハット状の断面形状によって構成されている。

一方、図１〜図３に示されるように、第２部品２４は、第１部品２２と対応して、車幅方向を長手方向とし、かつ車両上下方向を短手方向とした板状部材によって形成されている。第２部品２４の車幅方向両端部２４Ｃ、２４Ｄは車両後方側へ向かってそれぞれ湾曲されている。第２部品２４の下端部は、車両前方側へ折曲げられると共に折曲げられた後端が更に車両下方側へ折曲げられ、車両側面視においてＬ字状のフランジ部２４Ａとして形成されている。第２部品２４の上端部は、車両前方側へ折曲げられると共に折曲げられた後端が更に車両上方側へ折曲げられ、フランジ部２４Ａと同様にＬ字状のフランジ部２４Ｂとして形成されている。図１に示されるように、第２部品２４は、車両側面視において、車両上下方向の中間部が車両後方側へ突出されたハット状の断面形状によって構成されている。

図１に示されるように、バンパーＲＦ２０の下部において、第１部品２２のフランジ部２２Ａと第２部品２４のフランジ部２４Ａとが重合わされた部位に溶着部２６Ａが形成され、フランジ部２２Ａは溶着部２６Ａを介してフランジ部２４Ａに溶着されている。一方、バンパーＲＦ２０の上部において、第１部品２２のフランジ部２２Ｂと第２部品２４のフランジ部２４Ｂとが重合わされた部位に溶着部２６Ｂが形成され、フランジ部２２Ｂは溶着部２６Ｂを介してフランジ部２４Ｂに溶着されている。また、バンパーＲＦ２０の中間部には、第１部品２２が車両前方側へ突出され、第２部品２４が車両後方側へ突出されているので、第１部品２２及び第２部品２４によって閉じられた空間２８が形成されている。

第１部品２２、第２部品２４は、本実施の形態において、熱可塑性樹脂材料によって形成されている。詳しく説明すると、第１部品２２、第２部品２４はいずれも繊維として炭素繊維（CF：Carbon Fiber）が設けられたCFRPによって形成されている。CFRPは、強度が高く、かつ例えば金属材料に比べて軽く、バンパーＲＦ２０の材料として最適である。CFRPは一般的に複合材と称されている。この複合材に使用される熱可塑性樹脂材料として、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂（例えば、略号PA6、PA66、PA610、PA10T等）、芳香族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂、ポリエチレンテレフタラート（PET）樹脂、ポリブチレンテレフタラート（PBT）樹脂、ポリカーボネート樹脂（PC）、アクリル（PMMA）樹脂、ABS樹脂、熱可塑性エポキシ樹脂のいずれかの熱可塑性樹脂材料が使用可能である。熱可塑性樹脂材料に設けられる繊維として、炭素繊維の他に、ガラス繊維（GF：Glass Fiber）、アラミド繊維、バサルト繊維、竹繊維、鉄等の金属繊維、セルロース繊維、ポリプロピレン繊維（自己補強タイプ）のいずれかの繊維が使用可能である。

（部品結合体の製造方法）
本実施の形態に係る部品結合体の製造方法は以下の通りである。まず、第１部品２２の一表面（図４において下面）に第２部品２４の一表面（図４において上面）が重合わされる。詳しく説明すると、第１部品２２のフランジ部２２Ａと第２部品２４のフランジ部２４Ａとが重合わされると共に、第１部品２２のフランジ部２２Ｂと第２部品２４のフランジ部２４Ｂとが重合わされる。そして、第２部品２４の一表面とは反対側の他表面（図４において下面）側が固定部材３４に装着されると共に、第１部品２２の一表面とは反対側の他表面（図４において上面）側が振動部材３２に装着される。ここで、固定部材３４は、全体構成の図示を省略した振動溶着装置の固定用金型である。また、振動部材３２は、図４に示される振動装置３０に接続され、振動装置３０から第１部品２２の板面方向への振動Ｖが入力される振動用金型である。本実施の形態では、振動部材３２及び固定部材３４がアルミニウム合金材料によって形成されており、第１部品２２及び第２部品２４の硬度が振動部材３２及び固定部材３４の硬度よりも高い構成とされている。

図４及び図５に示されるように、振動溶着前に、第１部品２２のフランジ部２２Ａ、２２Ｂと振動部材３２との間に長尺帯状の密着体４０が設けられる。密着体４０は、フランジ部２２Ａ、２２Ｂ側に予め密着させても、振動部材３２側に予め密着させても、どちらでもよい。同様に、第２部品２４のフランジ部２４Ａ、２４Ｂと固定部材３４との間に長尺帯状の密着体４０が設けられる。

ここで、第１部品２２のフランジ部２２Ａ、２２Ｂと第２部品２４のフランジ部２４Ａ、２４Ｂとの摩擦力がＦ１とされる。また、密着体４０とフランジ部２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ、２４Ｂとの密着力がＦ２とされ、密着体４０と振動部材３２、固定部材３４との密着力がＦ３とされる。密着力には、接着剤、接着テープ等を使用した化学的な接着力、表面を極力平坦にして分子同士若しくは原子同士の引合う力を利用した物理的な引力、表面間を真空状態として表面同士が吸着される力を利用した物理的な吸着力、そして摩擦力が少なくとも含まれる。本実施の形態の密着体４０の密着力Ｆ２、Ｆ３は、摩擦力Ｆ１との間において、下記不等式（１）又は（２）に表された構成とされている。
摩擦力Ｆ１ ＜ 密着力Ｆ２ ≦ 密着力Ｆ３ …（１）
摩擦力Ｆ１ ＜ 密着力Ｆ３ ≦ 密着力Ｆ２ …（２）

つまり、密着体４０の密着力Ｆ２、密着力Ｆ３は、いずれも摩擦力Ｆ１よりも大きい設定とされている。摩擦力Ｆ１よりも大きい設定とされていれば、密着力Ｆ２と密着力Ｆ３との大小は特に限定されない。

更に、密着体４０は、振動部材３２から第１部品２２のフランジ部２２Ａ、２２Ｂへ、振動装置３０から与えられた振動Ｖを伝達可能な弾性率若しくは硬度を備えている。本実施の形態では、振動装置３０から振動部材３２に与えられる振動Ｖの振幅が２ｍｍ〜４ｍｍとされている。この振幅が少なくとも５０％以上、振動部材３２から第１部品２２のフランジ部２２Ａ、２２Ｂに伝達可能とするため、密着体４０は、２００ＭＰａ以上の弾性率又は５０度以上の硬度を有する材料によって形成されている。また、密着体４０は、厚さ方向に１つの材料によって形成された単層構造とされてもよいが、本実施の形態では、厚さ方向に複数の材料を積層して形成された複合構造とされている。更に、密着体４０は、第１部品２２、第２部品２４のそれぞれの融点温度よりも高い融点温度を有する材料によって形成されている。詳しく説明すると、本実施の形態では、長尺帯状のウレタン樹脂材料の両面にそれぞれ樹脂製粘着両面テープを貼付けて密着体４０が構成されている。

次に、第１部品２２の面方向において、振動装置３０から振動部材３２に振動Ｖが与えられ（図６参照）、振動溶着が行われる。本実施の形態では、固定部材３４が固定された状態において、振動部材３２に振動Ｖが与えられる。この振動Ｖは第１部品２２の第２部品２４と重合わされた部位、つまりフランジ部２２Ａ、２２Ｂへ密着体４０を介して伝達される。振動溶着条件としては、振動部材３２に加えられる圧力が０．３ＭＰａ〜０．５ＭＰａ、振動周波数が１００Ｈｚ、振動溶着時間が６０秒である。これにより、図６に示されるように、フランジ部２２Ａとフランジ部２４Ａとの重合わせた部位に摩擦熱が発生し、両者の重合わせた部位が溶融され、そして凝固されて溶着部２６Ａが形成される。同様に、図６及び図７に示されるように、フランジ部２２Ｂとフランジ部２４Ｂとの重合わせた部位に溶着部２６Ｂが形成される。溶着部２６Ａ及び溶着部２６Ｂが形成されると、第１部品２２と第２部品２４とが結合され、部品結合体としてのバンパーＲＦ２０が形成される。

このバンパーＲＦ２０は振動部材３２及び固定部材３４から取外される。これにより、本実施の形態に係る部品結合体が製造される。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る部品結合体としてのバンパーＲＦ２０の製造方法では、図４及び図５に示されるように、まず第１部品２２の一表面に第２部品２４が重合わされ、第１部品２２の他表面には振動部材３２が配置される。第１部品２２は熱可塑性樹脂材料によって形成されている。第２部品２４は第１部品２２に溶着可能な材料によって形成されている。次に、図６及び図７に示されるように、振動部材３２を振動させて第１部品２２に振動を伝達することにより、第１部品２２と第２部品２４とを重合わせた部位を溶着させ、第１部品２２と第２部品２４とが結合される。

ここで、図４及び図５に示されるように、第１部品２２の他表面と振動部材３２との間に密着体４０を介在させ、振動部材３２から密着体４０を介して第１部品２２へ振動Ｖが伝達される。密着体４０の第１部品２２及び振動部材３２との密着力Ｆ２、Ｆ３は第１部品２２と第２部品２４との摩擦力Ｆ１よりも大きく（上記不等式（１）又は（２））、かつ密着体４０は振動部材３２から第１部品２２へ振動Ｖを伝達可能としている。このため、振動部材３２に対する第１部品２２の滑りが小さくなると共に、振動部材３２からの振動Ｖを第１部品２２へ伝達させることができる。本実施の形態では、第２部品２４と固定部材３４との間にも密着体４０が介在されているので、同様に、固定部材３４に対する第２部品２４の滑りが小さくなる。これにより、振動部材３２に第１部品２２がしっかりとホールドされて、振動部材３２からの振動Ｖが第１部品２２に伝達される。加えて、固定部材３４にも第２部品２４がしっかりとホールドされる。第１部品２２と第２部品２４とを重合わせた部位では、伝達された振動Ｖにより十分に摩擦熱が発生し、第１部品２２と第２部品２４とを溶着させて結合させることができる。そして、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法によれば、溶着部２６Ａ、２６Ｂでは、十分に振動Ｖが伝達されて摩擦熱を発生させることができるので、溶着不良を効果的に抑制させることができる。更に、第１部品２２と第２部品２４との結合強度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法では、図４及び図５に示されるように、振動部材３２と第１部品２２との間に密着体４０が介在されているので、第１部品２２の硬度が振動部材３２の硬度より高くても、振動部材３２に対する第１部品２２の滑りが小さくなると共に、振動部材３２からの振動Ｖを第１部品２２へ伝達させることができる。従って、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法によれば、第１部品２２の硬度が振動部材３２の硬度よりも高くても、振動部材３２に第１部品２２をしっかりとホールドさせて、第１部品２２と第２部品２４とを振動溶着により結合させることができる。

更に、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法では、図１、図６及び図７に示されるように、繊維が含まれる熱可塑性樹脂材料によって第１部品２２及び第２部品２４が形成されている。このため、振動溶着により、第１部品２２及び第２部品２４の熱可塑性樹脂材料及び繊維をしっかりと混合させて（絡合わせて）溶着部２６Ａ、２６Ｂを形成することができる。従って、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法によれば、第１部品２２と第２部品２４との結合強度を増強させることができる。

また、本実施の形態に係る部品結合体の製造方法では、図４〜図７に示されるように、密着体４０の融点温度が第１部品２２の融点温度よりも高いので、振動溶着により第１部品２２と第２部品２４との間に摩擦熱が生じても、密着体４０は融点温度に達しない。同様に、密着体４０の融点温度が第２部品２４の融点温度よりも高いので、振動溶着により第１部品２２と第２部品２４との間に摩擦熱が生じても、密着体４０は融点温度に達しない。このため、摩擦熱による温度上昇が生じても、密着体４０により振動部材３２に対する第１部品２２の滑りが小さくなると共に、振動部材３２からの振動Ｖを第１部品２２へ伝達させることができる。従って、第１部品２２と第２部品２４との摩擦熱が発生しても、振動部材３２に第１部品２２をしっかりとホールドさせ、かつ固定部材３４に第２部品２４をしっかりとホールドさせて、第１部品２２と第２部品２４とを振動溶着により結合させることができる。

［上記実施の形態の補足説明］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、第１部品、第２部品がいずれも繊維が含まれる熱可塑性樹脂材料によって形成されているが、本発明は、第２部品を第１部品と溶着可能な鉄等の金属材料、アルミニウム等の軽金属材料、又は合金材料、軽合金材料によって形成してもよい。

また、上記バンパーＲＦに限定されず、本発明は、車両のピラー、ロッカー、メンバー等の車体骨格部材の少なくとも一部を熱可塑性樹脂材料によって形成する部品結合体の製造方法に適用可能である。

更に、本発明は、自動車以外の車両や、航空機、船舶、建造物の部品結合体の製造方法に広く適用可能である。

２０ バンパーＲＦ（部品結合体）
２２ 第１部品
２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ、２４Ｂ フランジ部
２４ 第２部品
２６Ａ、２６Ｂ 溶着部
３０ 振動装置
３２ 振動部材
３４ 固定部材
４０ 密着体

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂材料によって形成された第１部品の板状部位の一表面に当該板状部位に溶着可能な第２部品を重合わせ、前記一表面と反対側であって前記一表面と板厚方向に向かい合う他表面と振動装置から板面方向へ振動が入力される振動用金型との間に、前記板面方向への振動における前記板状部位と前記第２部品との摩擦力よりも、前記板面方向への振動における前記板状部位との密着力及び前記振動用金型との密着力が大きく、かつ前記振動用金型から前記板状部位への振動が伝達可能な密着体を介在させる第１工程と、
   前記振動用金型を前記板面方向へ振動させて前記密着体を介して前記板状部位に振動を伝達することにより、前記密着体を介在させない場合に比し、前記振動用金型に対する前記板状部位の滑りを小さくして前記振動用金型から前記板状部位に振動を伝達し、前記板状部位と前記第２部品とを重合わせた部位を溶着させ、前記板状部位と前記第２部品とを結合する第２工程と、
   を備えた部品結合体の製造方法。
2. 前記第２工程は、前記振動用金型の硬度よりも高い硬度を有する前記板状部位を前記第２部品に結合する工程である請求項１に記載の部品結合体の製造方法。
3. 前記第２工程は、繊維が含まれる前記熱可塑性樹脂材料によって形成された前記第１部品の前記板状部位と、前記第１部品と同一の前記熱可塑性樹脂材料によって形成された前記第２部品とを結合する工程である請求項１又は請求項２に記載の部品結合体の製造方法。
4. 前記第１工程は、前記第１部品の融点温度よりも高い融点温度を有する前記密着体を前記板状部位と前記振動用金型との間に介在させる工程である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の部品結合体の製造方法。

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