JP6879027B2

JP6879027B2 - 熱可塑性樹脂の溶着方法

Info

Publication number: JP6879027B2
Application number: JP2017079969A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2037-04-13
Also published as: JP2018176555A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂の溶着方法に関する。

近年、車両の軽量化のために従来金属で製造されていた部品（部位）を熱可塑性樹脂、例えば熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化樹脂で置換することが図られている。この場合、熱可塑性樹脂製部品の接合は、接着材や溶着等で行われる。

熱可塑性樹脂製部品の溶着方法は、例えば、特許文献１に記載されている。すなわち、平板状の繊維強化熱可塑性樹脂一体化構造体の接合面に格子状の凸条又は溝を形成し、最適な面圧を加えて他の部材と超音波溶着することが開示されている。このように接合面に格子状の凸条又は溝を形成することにより、凸条又は溝がない場合と比較して高い接合強度が確保されることが記載されている。

一方、熱可塑性樹脂からなる筒状体、例えば円筒形状の部品同士の接合は、相対的に径の大きい第１部品の孔部に相対的に径の小さい第２部品を挿入し、第１部品の外周を冶具で径方向外側から拘束しつつ押圧することで、第１部品（の内周面）と第２部品（の外周面）の溶着を行うことが考えられる。

特開２０１４−１５１５５８号公報

しかし、冶具の公差により適切な押圧力で部品の外周を保持することには困難性がある。また、冶具も部品も接合時の熱で膨張するため、押圧力を制御することは一層困難となる。さらに、溶着時の押圧力が不足すると、溶着部分に空気が入り込み、接合強度が低下するおそれがあった。これは、上記特許文献１記載の技術を採用した場合でも、同様の課題を生ずる。

この結果、熱可塑性樹脂製の筒状体の接続（接合）部分での強度不足により、これらの接続により形成された部品の強度が低下することになる。すなわち、高強度な熱可塑性樹脂を採用した場合でも、接合強度不足により全体としての強度が不足するという不都合があった。

本発明は上記事実を考慮し、熱可塑性樹脂からなる筒状体である部品を確実に溶着する熱可塑性樹脂の溶着方法を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明に係る熱可塑性樹脂の溶着方法は、外周面に熱収縮フィルムが巻回された熱可塑性樹脂からなる筒状体である第１部品の孔部に、前記孔部に対応した形状である熱可塑性樹脂からなる第２部品の端部を挿入し、前記第１部品と前記第２部品とを相対変位させて摩擦運動を行うことによる摩擦熱により前記熱収縮フィルムを収縮させると共に前記第１部品と前記第２部品とを溶着させる。

請求項１記載の本発明に係る熱可塑性樹脂の溶着方法では、外周面に熱収縮フィルムが巻回された熱可塑性樹脂からなる筒状体である第１部品の孔部に、孔部に対応した形状の熱可塑性樹脂からなる第２部品の端部を挿入する。次に、第１部品と第２部品とを相対変位させて摩擦運動を行うことにより摩擦熱を生じさせる。この摩擦熱により第１部品と第２部品が膨張すると共に、熱収縮フィルムが収縮する。この結果、熱収縮フィルムが第１部品と第２部品を孔部の軸心に向かって締め付けて第１部品の内周面と第２部品の外周面との間に所定の押圧力を作用させ、第１部品と第２部品が溶着される。

請求項１記載の本発明に係る熱可塑性樹脂の溶着方法は、熱可塑性樹脂からなる筒状体である部品を確実に溶着することができる。

本発明の一実施形態に係る熱可塑性樹脂の溶着方法において、第１筒状体に第２筒状体を挿入前の状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る熱可塑性樹脂の溶着方法において、第１筒状体に第２筒状体を挿入した状態を示す図である。

本発明の一実施形態に係る熱可塑性樹脂の溶着方法について図１及び図２を参照して説明する。

（構成）
先ず、溶着される第１筒状体１０と第２筒状体１２について説明する。

図１に示すように、第１筒状体１０は、熱可塑性樹脂の一例である熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）から形成され、軸方向に貫通する孔部１４を有する円筒形である。

同様に、第２筒状体１２は、熱可塑性樹脂の一例である熱可塑性樹脂を用いた炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）から形成され、軸方向に貫通する孔部１６を有する円筒形である。なお、第２筒状体１２（外周面１８）の外径Ｄ２は、第１筒状体１０の孔部１４（内周面２０）の内径Ｄ１と同径とされている。なお、第１筒状体１０が第１部品、第２筒状体１２が第２部品に相当する。

次に、図２に示すように、第１筒状体１０の軸方向端部には、熱収縮フィルム２４が外周面２２を一周するように巻回されている。

（溶着方法）
次に、溶着方法について説明する。

先ず、図２に示すように、熱収縮フィルム２４が巻回された第１筒状体１０の孔部１４に第２筒状体１２の端部を挿入する。なお、この挿入部分が溶着部分となる。

続いて、第２筒状体１２を矢印Ａ方向に回転させることにより、外径Ｄ２と内径Ｄ１が等しい第２筒状体１２の外周面１８が第１筒状体１０の内周面２０に対して摺動し、摩擦熱を生ずる。この摩擦熱により第１筒状体１０と第２筒状体１２がそれぞれ径方向外側及び径方向内側に膨張する。また、この摩擦熱により熱収縮フィルム２４が収縮する。この結果、熱収縮フィルム２４が第１筒状体１０と第２筒状体１２を径方向内側に（孔部１４の軸心に向かって）締め付け（図２、矢印Ｂ参照）、第１筒状体１０の内周面２０と第２筒状体１２の外周面１８との間に所定の押圧力を作用させる。これにより、第１筒状体１０と第２筒状体１２が所定の接合力で溶着される。

（作用効果）
続いて、熱可塑性樹脂の接合方法の作用効果について説明する。

このように、外周面２２に熱収縮フィルム２４が巻回された第１筒状体１０と第２筒状体１２とを摺動させて摩擦熱を生じさせるだけで、熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰからなる第１筒状体１０と第２筒状体１２とを所定の接合力で溶着することができる。

したがって、第１筒状体１０と第２筒状体１２とを接合するために、第１筒状体１０を径方向外側から抑える冶具が不要となる。冶具を用いる場合には、溶着時に冶具自体が熱膨張するため、第１筒状体１０と第２筒状体１２との間に所定の押圧力を付与するために冶具を調整することが困難になる。これに対して、熱収縮フィルム２４は摩擦熱により収縮するため、摩擦熱により膨張する第１筒状体１０と第２筒状体１２を（径方向内側に）締め付ける作用があり、第１筒状体１０の内周面２０と第２筒状体１２の外周面１８との間に押圧力を作用させて所定の接合力を付与させる設定が容易になる。

また、本実施形態のように、接着剤を用いずに第１筒状体１０と第２筒状体１２とを接合することができるため、第１筒状体１０と第２筒状体１２とが接合された部品の軽量化とコスト削減を達成することができる。

さらに、本実施形態に係る溶着方法では、第１筒状体１０の外周面２２に巻回された熱収縮フィルム２４の収縮により第１筒状体１０と第２筒状体１２との間に押圧力を作用させているため、金属製の冶具から第１筒状体１０と第２筒状体１２との間に押圧力を作用させる場合と比較して、周方向で均一に押圧力を作用させることができ、第１筒状体１０と第２筒状体１２との接合力を一層向上させることができる。

このように、第１筒状体１０と第２筒状体１２との接合力が向上されているため、第１筒状体１０と第２筒状体１２とを接合させた部品の強度が接合部位で局部的に低下することを防止できる。すなわち、熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰからなる第１筒状体１０と第２筒状体１２とを接合させた部品が、所定の強度を確保しつつ軽量化を達成することができる。

また、本実施形態に係る熱可塑性樹脂の溶着方法を用いて熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰから形成された筒状体同士を溶着することにより、インパネリインフォース、ロッカ、ピラー等の閉断面を有する高強度部材を熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰで製造することができる。特に、本実施形態に係る熱可塑性樹脂の溶着方法を採用することにより、筒状部品同士の接合部分が所定の接合力を有することになり、部品全体で所定の強度を有することになる。すなわち、閉断面を有する高強度部材を、所定の強度を確保しつつ、軽量化することができる。

［その他］
なお、本実施形態では、第１筒状体１０の孔部１４内で第２筒状体１２を回転させたが、第１筒状体１０側を回転させて第１筒状体１０と第２筒状体１２との間に摩擦力が作用させても良い。

また、本実施形態では、第１筒状体１０と第２筒状体１２は熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰから形成されていたが、これに限定するものではない。熱可塑性樹脂であれば特に限定するものではない。

さらに、本実施形態では、第１筒状体１０、第２筒状体１２はそれぞれ円筒形とされたがこれに限定されるものではない。第１筒状体１０の孔部１４と、第２筒状体１２の外周面１８の形状が対応するものであれば、特に形状を限定するものではない。また、本実施形態では、第２筒状体１２としたが、孔部１６がないものでも良い。

また、本実施形態では、第１筒状体１０の孔部１４の内径Ｄ１の第２筒状体１２の外径Ｄ２を同径としたが、摩擦熱による第１筒状体１０と第２筒状体１２との熱膨張と熱収縮フィルム２４の収縮によって、第１筒状体１０の内周面２０と第２筒状体１２の外周面１８との間に所定の押圧力が作用するものであれば、内径Ｄ１よりも外径Ｄ２が小さくても良い。なお、第２筒状体１２は、第１筒状体１０の孔部１４の内径Ｄ１と外径Ｄ２が等しい場合のみならず、内径Ｄ１よりも外径Ｄ２が小さくても上記条件を満たすならば、孔部１４に対応した形状とされる。

１０第１筒状体（第１部品）
１２第２筒状体（第２部品）
１４孔部
２２外周面
２４熱収縮フィルム

Claims

外周面に熱収縮フィルムが巻回された熱可塑性樹脂からなる筒状体である第１部品の孔部に、前記孔部に対応した形状である熱可塑性樹脂からなる第２部品の端部を挿入し、前記第１部品と前記第２部品とを相対変位させて摩擦運動を行うことによる摩擦熱により前記熱収縮フィルムを収縮させると共に前記第１部品と前記第２部品とを溶着させる熱可塑性樹脂の溶着方法。