JP6993271B2 - 樹脂製部品の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、樹脂製部品の製造方法に関する。

強化繊維を含有する熱可塑性の樹脂材料（以下「強化樹脂材料」という。）を用いた樹脂製部品が知られている。例えば、特許文献１には、強化樹脂材料から形成された樹脂部材と他の樹脂部材との溶着のために、これらの樹脂部材の少なくとも一方に格子状の凸条又は溝を、一体成形又は成形後に切り込む方法により形成する技術が開示されている。

特開２０１４－１５１５５８号公報

強化樹脂材料から形成された樹脂部材には、強化繊維の密度が高い部分と低い部分とが形成される。強化繊維は熱可塑性樹脂よりも溶融温度が高いことが一般的であり、強化繊維の密度が高い部分は、密度が低い部分と比較して、他の樹脂部材と溶着しにくい。このため、溶着された部分の品質が不安定になるという問題があった。

本開示の一局面は、強化樹脂材料から形成された樹脂部材と他の樹脂部材との溶着品質を安定させるための技術を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、樹脂製部品の製造方法であって、第１の工程と、第２の工程と、を有する。第１の工程は、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成された樹脂材料を加熱する工程である。第２の工程は、第１の工程で加熱された樹脂材料を、凹部を有する成形型で押圧して凹部側に隆起させることによって、樹脂材料の表面から突出した部分である凸部を形成する工程である。

このような製造方法によれば、強化繊維の密度が低い凸部を樹脂製部品に形成することができる。すなわち、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂において、強化繊維は樹脂と比較して流動性が低い。このため、強化繊維を含有する樹脂材料が加熱された状態で押圧されると、当該樹脂材料のうち、主に樹脂が成形型の凹部の方向へ移動することにより隆起し、強化繊維の密度が低い凸部が樹脂材料に形成される。その結果、強化繊維の密度が低い凸部において他の樹脂材料と溶着することが可能となり、強化樹脂材料から形成された樹脂部材と他の樹脂部材との溶着品質を安定させることができる。

本開示の一態様は、第３の工程を更に有してもよい。具体的には、第３の工程は、第２の工程で凸部が形成された樹脂材料である第１の樹脂部材における凸部と、第１の樹脂部材とは別の樹脂部材であって熱可塑性樹脂から形成された第２の樹脂部材と、を当接させた状態で、凸部と第２の樹脂部材との当接部分を溶着機で溶着する工程である。このような製造方法によれば、第１の樹脂部材における強化繊維の密度が低い凸部と、第２の樹脂部材とが溶着されるため、溶着品質が安定した樹脂製部品を製造することができる。

本開示の一態様では、第３の工程は、凸部と第２の樹脂部材との当接部分を振動によって発熱させることにより溶着する工程であってもよい。このような製造方法によれば、第１の樹脂部材が凸部において第２の樹脂部材と当接するため、第１の樹脂部材と第２の樹脂部材との当接状態が安定する。その結果、振動によって発熱させる溶着による溶着品質を安定させることができる。

本開示の一態様では、成形型は、凹部の隣に、樹脂材料を凹部側に隆起させるための突起部を更に有してもよい。このような製造方法によれば、樹脂材料を成形型の凹部側に隆起させやすくすることができる。

本実施形態の樹脂製部品を示す模式的な断面図である。 本実施形態のアンダーカバーの模式的な外観図である。 本実施形態の加熱工程を示す模式的な図である。 本実施形態の成形工程を示す模式的な断面図である。 本実施形態の溶着工程を示す模式的な断面図である。 本実施形態の溶着工程後のアンダーカバー及び吸音材を示す模式的な断面図である。 第１変形例のアンダーカバーの模式的な外観図である。 第２変形例のアンダーカバーの模式的な外観図である。 第３変形例のアンダーカバーの模式的な外観図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示す樹脂製部品１は、車両のボディ底部に配設される樹脂製の部品である。樹脂製部品１は、アンダーカバー２と、吸音材３と、を備える。アンダーカバー２は、周知の板状のカバーであって、強化繊維の一例としてのガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂である強化樹脂材料から形成されている。本実施形態では、アンダーカバー２は、ガラス長繊維マットを含有する熱可塑性樹脂（ポリプロピレン）であるＧＭＴ（Ｇｌａｓｓ－Ｍａｔ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）から形成されている。吸音材３は、熱可塑性樹脂から形成された吸音性を有する周知の部材である。本実施形態において、吸音材３は、アンダーカバー２と同じ種類の熱可塑性樹脂であって強化繊維を含有しない熱可塑性樹脂から形成されている。

アンダーカバー２と吸音材３とは、超音波溶着により互いに溶着されている。ここで、図２に示すように、溶着前におけるアンダーカバー２は、少なくともその一面に、溶着部２０を有する。溶着部２０は、後述する溶着工程において、吸音材３と溶着される部分である。溶着部２０は、平面視において四角形、この例では正方形、の部分であって、複数の凹部２１及び複数の凸部２２を有する。凹部２１は、アンダーカバー２の平面状の表面２３よりも凹んだ部分、換言すれば表面２３よりも内側に形成される空間であって、凸部２２は、表面２３から突出した部分である。複数の凹部２１及び複数の凸部２２は、いずれも直線状であって、表面２３において交互に並んで配置されている。なお、図２は、溶着部２０の形状を説明するためのアンダーカバー２の模式的な外観図であって、溶着部２０の位置及び数並びにアンダーカバー２の形状を正確に示したものではない。

次に、本実施形態の樹脂製部品１の製造方法について説明する。
樹脂製部品１の製造方法には、加熱工程と、成形工程と、溶着工程と、が含まれる。
加熱工程は、図３に示す樹脂材料２Ａを、図示しないヒーターによって所定の温度に加熱する工程である。樹脂材料２Ａは、後述する成形工程にて成形される前のアンダーカバー２であって、平板状の部材である。つまり、樹脂材料２Ａは、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成されている。なお、ここでいう所定の温度とは、樹脂材料２Ａの溶融温度未満の温度であって、樹脂材料２Ａが変形しやすくなる温度をいう。

成形工程は、加熱工程よりも後の工程であって、樹脂材料２Ａにおける吸音材３と溶着される面にプレス成形にて溶着部２０を成形する工程である。溶着部２０の成形には、図４に示す成形型４が用いられる。成形型４は、樹脂材料２Ａと当接する面である成形面４３に、凹凸部４０を有する。凹凸部４０は、複数の凹部４１及び複数の凸部４２を有する。凹部４１は、成形面４３よりも凹んだ部分、換言すれば成形面４３よりも内側に形成される空間であって、凸部４２は、成形面４３から突出した部分である。凹部４１及び凸部４２は、成形面４３において、直線状かつ交互に複数並んでいる。凹部４１及び凸部４２は、いずれの凹部４１の両側も凸部４２に挟まれる形で並んでいる。換言すれば、凸部４２の数は、凹部４１の数よりも１つ多い。

成形工程では、このような形状の成形型４により、加熱工程で加熱された樹脂材料２Ａがプレス成形される。具体的には、樹脂材料２Ａにおける平面状の表面２３Ａが、凹凸部４０を有する成形面４３で押圧される。その結果、次のような作用により、上述した溶着部２０が表面２３Ａに形成される。すなわち、表面２３Ａが成形面４３で押圧されることにより、複数の凸部４２が樹脂材料２Ａにおける図４に示す位置Ａまで入り込む。これにより、樹脂材料２Ａの一部が凹部４１の方向に流動して表面２３Ａから隆起することにより、上述した凸部２２が形成される。同時に、樹脂材料２Ａにおける複数の凸部４２が入り込んだ部分に、上述した凹部２１が形成される。ここで、強化繊維は樹脂と比較して流動性が低いため、樹脂材料２Ａのうち、主に樹脂が凹部４１の方向へ移動する。したがって、凸部２２は、樹脂材料２Ａにおける残りの部分と比較して強化繊維の密度が低くなる。

凹部２１及び凸部２２は、いずれの凸部２２の両側も凹部２１に挟まれる形で並んでいる。換言すれば、凹部２１の数は、凸部２２の数よりも１つ多い。表面２３Ａにおける、凹部２１が形成されている箇所の最も凹んだ面及び凸部２２が形成されている箇所の最も突出した面はそれぞれ、表面２３Ａと平行な平面である。また、複数の凹部２１は、表面２３Ａを基準とした深さが互いに等しい。同様に、複数の凸部２２も、表面２３Ａを基準とした高さが互いに等しい。また、凸部２２はそれぞれ、幅が先端に向かって徐々に狭くなる形状である。さらに、図４に示すように、凹部２１の深さをＹ１及び凸部２２の高さをＹ２とすると、深さＹ１及び高さＹ２の関係はＹ１≒Ｙ２で表すことができる。また、樹脂材料２Ａの厚さをＴとすると、厚さＴ、深さＹ１及び高さＹ２の関係は、０．０５Ｔ≦Ｙ１，Ｙ２≦０．５Ｔの式で表すことができる。なお、Ｙ１及びＹ２の関係は、本実施形態に限定されるものではなく、例えばＹ１＞Ｙ２で表されるものであったり、Ｙ１＜Ｙ２で表されるものであってもよい。

以上のように、表面２３Ａに溶着部２０が成形される。なお、本実施形態では、成形工程において、アンダーカバー２における溶着部２０以外の部分の形状についても成形される。つまり、成形工程後の樹脂材料２Ａが、表面２３に溶着部２０を有するアンダーカバー２である。

溶着工程は、成形工程よりも後の工程であって、アンダーカバー２と吸音材３とを超音波溶着する工程である。具体的には、溶着工程では、図５に示すように、アンダーカバー２における凸部２２と、吸音材３とを当接させた状態で、超音波溶着機のホーン５を吸音材３に当接させ、凸部２２と吸音材３との当接部分を超音波溶着する。図６に示す超音波溶着後のアンダーカバー２及び吸音材３との当接部分には、超音波溶着によって互いに溶着された部分である溶着当接部Ｘが形成される。なお、ホーン５は、超音波の共振体である。このような製造方法によって、樹脂製部品１が製造される。

［２．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態の樹脂製部品１の製造方法によれば、成形工程で、ガラス繊維の密度が低い凸部２２をアンダーカバー２に形成し、溶着工程で、凸部２２と吸音材３とを溶着することが可能となる。すなわち、ガラス繊維を含有する樹脂材料から形成された一般的な樹脂部材には、ガラス繊維の密度が高い部分と低い部分とが形成される。ガラス繊維は熱可塑性樹脂よりも溶融温度が高いことが一般的であり、ガラス繊維の密度が高い部分は、密度が低い部分と比較して、他の樹脂部材と溶着しにくい。これに対し、本実施形態の成形工程では、ガラス繊維の密度が低い、換言すればガラス繊維の密度のばらつきが少ない凸部２２を形成することができる。その結果、ガラス繊維を含有する樹脂材料から形成されたアンダーカバー２と、樹脂材料から形成された吸音材３との溶着品質を安定させることができる。

（１ｂ）溶着工程では、アンダーカバー２における複数の凸部２２と、吸音材３との当接部分が超音波溶着される。このような製造方法によれば、アンダーカバー２と吸音材３との当接状態が安定した状態で、超音波溶着を行うことができる。その結果、凸部を有しないアンダーカバーと吸音材３との溶着と比較して、溶着品質が安定した樹脂製部品１を製造することができる。特に、本実施形態の複数の凸部２２は、表面２３Ａを基準とした高さが互いに等しい。このため、アンダーカバー２と吸音材３との当接状態がより安定する。

また、本実施形態の製造方法によれば、超音波溶着機のホーン５にも、次のような効果がある。すなわち、超音波溶着機には、溶着品質を安定させるため、ホーンにおける溶着対象の部材と当接する面に、凹凸形状の凹凸部が設けられている場合がある。この場合、当該凹凸部は、超音波溶着が繰り返し行われることにより、摩耗しすり減る。その結果、溶着品質の低下が発生し得る。このため、超音波溶着機には、点検や交換など、ホーンの凹凸部の定期的なメンテナンスが必要となる。これに対し、本実施形態のアンダーカバー２には、吸音材３と溶着する面に凹凸形状である溶着部２０が形成されている。このため、ホーン５に凹凸部を設けなくても、一定の溶着品質を保つことができる。その結果、ホーンの凹凸部の摩耗に起因する溶着品質の低下の問題が生じず、当該凹凸部の摩耗に起因するホーンの定期的なメンテナンスの頻度が減少する。

（１ｃ）成形工程では、凸部４２が樹脂材料２Ａに入り込むことにより、樹脂材料２Ａの一部が凹部４１の方向に流動して表面２３Ａから隆起する。これにより、凹部４１の方向に突出した凸部２２が形成される。このような製造方法によれば、樹脂材料２Ａを、凹部４１側に隆起させやすくすることができる。特に、本実施形態の成形型４は、各凹部４１の両隣に凸部４２を有するため、左右両側から凸部４２が樹脂材料２Ａを押圧することにより凸部２２が形成される。このため、安定した凸部２２の形成が可能である。また、凸部２２はそれぞれ、幅が先端に向かって徐々に狭くなる形状である。このため、凸部が一定幅である場合と比較して、ガラス繊維が凸部２２の先端に向かって流動しにくく、よりガラス繊維の密度が低い凸部２２を形成することができる。これは、流動性の高いガラス短繊維を含有する熱可塑性樹脂に特に効果がある。

なお、本実施形態では、加熱工程が第１の工程の一例に相当し、成形工程が第２の工程の一例に相当し、溶着工程が第３の工程の一例に相当する。また、アンダーカバー２が第１の樹脂部材の一例に相当し、吸音材３が第２の樹脂部材の一例に相当し、凸部４２が突起部の一例に相当する。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態では、直線状の凹部２１及び凸部２２を有する溶着部２０を例示したが、溶着部の形状はこれに限定されるものではない。
例えば、図７に示すアンダーカバー６は、溶着部２０とは形状が異なる溶着部６０を有する点でアンダーカバー２と相違する。溶着部６０は、平面視において四角形、この例では正方形、の部分であって、複数の凹部６１及び複数の凸部６２を有する。複数の凹部６１及び複数の凸部６２は、互いに相似形、この例では正方形、の枠状の凹部及び凸部であって、それぞれの２つの対角線が一致するように配置されている点で、凹部２１及び凸部２２と相違する。凹部６１及び凸部６２は、表面６３において交互に並んで配置されている。この例では、溶着部６０の最も外側に凹部６１が位置している。なお、溶着部６０を形成する成形型は、溶着部６０と凹部及び凸部の位置が逆転した形状の凹凸部を有する。このような溶着部６０によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、図８に示すアンダーカバー７は、溶着部２０とは形状が異なる溶着部７０を有する点でアンダーカバー２と相違する。溶着部７０は、平面視において円形の部分であって、複数の凹部７１及び複数の凸部７２を有する。複数の凹部７１及び複数の凸部７２は、いずれも円環状の凹部及び凸部であって、それぞれの中心点が一致するように配置されている点で、凹部２１及び凸部２２と相違する。凹部７１及び凸部７２は、表面７３において交互に並んで配置されている。この例でも、溶着部７０の最も外側に凹部７１が位置している。なお、溶着部７０を形成する成形型は、溶着部７０と凹部及び凸部の位置が逆転した形状の凹凸部を有する。このような溶着部７０によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、図９に示すアンダーカバー８は、溶着部２０とは形状が異なる溶着部８０を有する点でアンダーカバー２と相違する。溶着部８０は、平面視において四角形、この例では正方形、の部分であって、複数の凹部８１及び複数の凸部８２を有する。複数の凹部８１及び複数の凸部８２は、いずれも平面視において四角形、この例では正方形の凹部及び凸部であって、網の目状に配置されている点で、凹部２１及び凸部２２と相違する。凹部８１及び凸部８２は、表面８３において交互に並んで配置されている。つまり、溶着部８０は、市松模様状である。このような溶着部８０によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

（２ｂ）溶着部が有する凹部及び凸部の形状は、上記実施形態で例示した凹部２１及び凸部２２の形状に限定されるものではない。例えば、各凹部及び各凸部は、アンダーカバーの表面を基準とした深さ及び高さが異なっていてもよく、また例えば、最も凹んだ面及び最も突出した面が、当該表面と平行な平面でなくてもよい。また例えば、各凹部及び各凸部は、それぞれ異なる形状であってもよく、特に限定されない。

（２ｃ）上記実施形態では、アンダーカバー２を形成する強化樹脂材料として、ＧＭＴを例示したが、強化樹脂材料は、他の種類の強化樹脂材料であってもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、強化樹脂材料が含有する強化繊維として、ガラス繊維を例示した。しかしながら、強化繊維はこれに限定されるものではなく、例えば炭素繊維など、他の繊維であってもよく、また複数種類の繊維から構成されていてもよい。

（２ｅ）上記実施形態では、アンダーカバー２及び吸音材３に使用される熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンを例示した。しかし、熱可塑性樹脂はこれに限定されるものではない。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリアミド、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリエチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン及びポリイミドなどでもよく、特に限定されない。また、アンダーカバーに使用される熱可塑性樹脂と吸音材に使用される熱可塑性樹脂とは、互いに異なる種類であってもよい。また、熱可塑性樹脂は、複数種類の樹脂から構成されていてもよい。

（２ｆ）上記実施形態では、強化繊維を含有しない熱可塑性樹脂から形成されている吸音材３を例示したが、吸音材は、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成されていてもよい。

（２ｇ）上記実施形態では、複数の凹部４１及び複数の凸部４２を有する成形型４を例示した。しかしながら、成形型の構成はこれに限定されるものではない。例えば、成形型は、凹部のみを有していてもよい。

（２ｈ）溶着部の構成は特に限定されるものではない。例えば、溶着部は、アンダーカバーの表面に、互いに離れて複数位置していてもよく、また例えば、互いに近くに又は一部が重なるように複数位置してもよい。

（２ｉ）上記実施形態では、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成された樹脂材料を加熱する第１の工程と、第１の工程で加熱された樹脂材料を成形型で押圧して凸部を形成する第２の工程と、が直列的に行われる製造方法を例示したが、第１の工程及び第２の工程が並列的に行われるようにしてもよい。例えば、成形面が所定の温度に加熱された成形型によって樹脂材料を加熱しつつ押圧する場合、成形型による樹脂材料の加熱が第１の工程に相当し、成形型による樹脂材料の押圧が第２の工程に相当する。樹脂材料を変形させるには樹脂材料の温度を上昇させる必要があるため、このような並列的な製造方法の場合であっても、樹脂材料は加熱された後に押圧されることになる。つまり、上記実施形態と同様の原理で凸部が形成され、その結果、上記実施形態と同様の効果が得られる。

（２ｊ）上記実施形態では、前記当接部分を振動によって発熱させることにより溶着する第３の工程として、アンダーカバー２と吸音材３とを超音波溶着する溶着工程を例示した。しかしながら、第３の工程はこれに限定されるものではなく、例えば、振動溶着など、他の周知の溶着方法によって溶着する工程であってもよい。

（２ｋ）上記実施形態では、第１の樹脂部材としてアンダーカバー２を、第２の樹脂部材として吸音材３を例示したが、第１の樹脂部材及び第２の樹脂部材は特に限定されず、例えば第２の樹脂部材として断熱材を用いるなど、他の部材であってもよい。

（２ｌ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…樹脂製部品、２，６，７，８…アンダーカバー、２Ａ…樹脂材料、３…吸音材、４…成形型、５…ホーン、２０，６０，７０，８０…溶着部、２１，４１，６１，７１，８１…凹部、２２，４２，６２，７２，８２…凸部、２３，２３Ａ，６３，７３，８３…表面、４０…凹凸部、溶着当接部…Ｘ。

Claims (4)

1. 強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成された樹脂材料を加熱する第１の工程と、
   成形面よりも凹んだ部分である成形型凹部と、前記成形型凹部の隣に形成された、前記成形面から突出した部分である成形型凸部であって、前記樹脂材料を前記成形型凹部側に隆起させるための前記成形型凸部と、を有する成形型で、前記第１の工程で加熱された前記樹脂材料を押圧して前記成形型凹部側に隆起させることによって、前記樹脂材料の表面から突出した部分である材料凸部と、前記樹脂材料の表面よりも凹んだ部分である材料凹部と、を形成する第２の工程と、
   前記第２の工程で前記材料凸部が形成された樹脂材料である第１の樹脂部材における前記材料凸部と、前記第１の樹脂部材とは別の樹脂部材であって熱可塑性樹脂から形成された第２の樹脂部材と、を当接させた状態で、前記材料凸部と前記第２の樹脂部材との当接部分を溶着機で溶着する第３の工程と、
   を有する、樹脂製部品の製造方法。
2. 請求項１に記載の樹脂製部品の製造方法であって、
   前記第３の工程は、前記当接部分を振動によって発熱させることにより溶着する工程である、樹脂製部品の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の樹脂製部品の製造方法であって、
   前記成形型凹部及び前記成形型凸部は、いずれの前記成形型凹部の両側も前記成形型凸部に挟まれる形で並んでいる、樹脂製部品の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の樹脂製部品の製造方法であって、
   前記樹脂材料の厚さをＴ、前記材料凹部の深さをＹ１、前記材料凸部の高さをＹ２としたとき、これらの関係は、０．０５Ｔ≦Ｙ１，Ｙ２≦０．５Ｔの式で表すことができる、樹脂製部品の製造方法。

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