JP7498028B2

JP7498028B2 - 樹脂部材の溶着方法及び樹脂成形部材

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Publication number: JP7498028B2
Application number: JP2020100373A
Authority: JP
Inventors: 努梶山
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2024-06-11
Anticipated expiration: 2040-06-09
Also published as: JP2021194784A

Description

本発明は、樹脂部材同士を熱溶着させる樹脂部材の溶着方法及び樹脂成形部材に関し、特に、少なくともどちらか一方の樹脂部材の内部に発泡樹脂材を形成し、どちらか他方の樹脂部材に突起部を形成し、樹脂部材の表面に発生するヒケ等の外観不良を防止する樹脂部材の溶着方法及び樹脂成形部材に関する。

従来の樹脂部材の溶着方法として、図４に示す溶着方法が知られている。図４（Ａ）から図４（Ｃ）は、従来の樹脂部材の溶着方法を説明する斜視図である。尚、図４（Ａ）から図４（Ｃ）では、その１例として車両内装用溶着部材の溶着方法を示す。

図４（Ａ）に示す如く、車両用ドアパネルのエアバッグドア部１００は、エアバッグ（図示せず）の収納部のうちの車室内側に配設されたドアであって、主に、ドアパネル１０１と、エアバックの保持部であるエアバッグリテーナ１０２と、を有する。ドアパネル１０１は、基材部１０３と、表面発泡層１０４と、から構成される。そして、基材部１０３は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンを射出成形し、略板状に形成される。表面発泡層１０４は、熱可塑性発泡樹脂から形成され、略板状に形成される。一方、エアバッグリテーナ１０２は、ポリオレフィン系軟質樹脂（ＴＰＯ樹脂）から形成され、エアバッグケースの一部を構成する。

図示したように、振動溶着装置（図示せず）にドアパネル１０１及びエアバッグリテーナ１０２を配置する。このとき、ドアパネル１０１の基材部１０３の溶着突起１０５とエアバッグリテーナ１０２とが当接するように配置する。

図４（Ｂ）に示す如く、エアバッグリテーナ１０２を所定の条件により振動させながら、ドアパネル１０１をエアバッグリテーナ１０２側へと加圧し、両部材の当接部分を溶融させる。このとき、基材部１０３の溶着突起１０５の変形量を非常に少なくすることで、表面発泡層１０４の変形量も更に少なくなる。

図４（Ｃ）に示す如く、振動溶着装置による上記振動及び加圧を停止し、所定時間冷却して、溶着を完了させる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５－２０５８００号公報

上述したように、従来の樹脂部材の溶着方法では、基材部１０３の硬度は、エアバッグリテーナ１０２の硬度よりも低くし、基材部１０３の変形量をエアバッグリテーナ１０２の変形量よりも少なくし、ヒケ等による意匠面での外観不良の発生を低減している。更には、基材部１０３の表面を表面発泡層１０４にて被覆することでも、上記意匠面での外観不良の発生を低減している。

しかしながら、上記意匠面の外観不良を防止するために、基材部１０３の表面に表面発泡層１０４を被覆し、ドアパネル１０１を構成するため、質量の増加や材料コストが増大するという課題がある。

また、意匠面側であるドアパネル１０１のヒケを防止するため、材料の硬度面から基材部１０３及びエアバッグリテーナ１０２の材料を選定するため、材料の選定範囲が狭まってしまうという課題もある。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、少なくともどちらか一方の樹脂部材の内部に発泡樹脂材を形成し、どちらか他方の樹脂部材に突起部を形成し、樹脂部材の表面に発生するヒケ等の外観不良を防止する樹脂部材の溶着方法及び樹脂成形部材を提供することにある。

本発明の樹脂部品の溶着方法では、発泡樹脂層の表面をスキン層が被覆する第１の樹脂部材と、前記第１の樹脂部材との対向面に形成され、その先端側に向けて鋭角に形成された複数の突起部を有する第２の樹脂部材と、を熱溶着法を用いて溶着する樹脂部材の溶着方法であって、前記第２の樹脂部材との対向面側の前記スキン層と前記突起部とを圧着しながら振動を加え、前記発泡樹脂層は元の状態を維持させながら前記突起部の先端側の一部と前記スキン層とを熱溶着させることを特徴とする。

また、本発明の樹脂部品の溶着方法では、前記熱溶着工程では、残存する前記突起部間に、前記スキン層と前記第２の樹脂部材との間に隙間が形成されることを特徴とする。

また、本発明の樹脂部品の溶着方法では、前記スキン層の厚みは、前記突起部の高さよりも薄いことを特徴とする。

また、本発明の樹脂部品の溶着方法では、前記発泡樹脂層は、コアバック形成法、化学発泡法、不活性ガス発泡法または微細射出発泡成形法により形成されることを特徴とする。

また、本発明の樹脂成形部材では、発泡樹脂層の表面をスキン層が被覆する第１の樹脂部材と、その表面に複数の突起部が形成される第２の樹脂部材と、を備え、前記突起部は、その先端側に向けて鋭角に形成され、前記第１の樹脂部材の前記スキン層と前記第２の樹脂部材の前記突起部の先端側の一部とが熱溶着されると共に、残存する前記突起部間には、前記スキン層と前記第２の樹脂部材との間に隙間が形成されることを特徴とする。

本発明の樹脂部品の溶着方法では、少なくとも第１の樹脂部材または第２の樹脂部材のどちらか一方に突起部が形成され、そのどちらか他方の内部に発泡樹脂層が形成された状態にて、熱溶着法による溶着を行う。この溶着方法により、発泡樹脂層が、溶融樹脂が冷却固化する際の引っ張り力を分散させ、発泡樹脂層を有する樹脂部材の表面にヒケが発生することを防止し、外観不良が発生することが防止される。

また、本発明の樹脂部品の溶着方法では、突起部の全体が溶融されることなく、突起部の上部側とスキン層とが溶着することで、個々の溶着領域を小さくし、溶融樹脂が冷却固化する際の引っ張り力を小さくすることができる。

また、本発明の樹脂部品の溶着方法では、突起部全体が溶融することを防止し、個々の溶着領域を小さくすることができる。

また、本発明の樹脂部品の溶着方法では、発泡樹脂層を有する樹脂部材を形成することで、少なくとも発泡樹脂層を有する樹脂部材での外観不良を防止することができる。

また、本発明の樹脂成形部材では、第２の樹脂部材の発泡樹脂層が、熱溶着法に起因する樹脂部材の表面のヒケの発生を防止することで、意匠面における外観不良の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態である樹脂部材の溶着方法を用いて形成される樹脂成形部材の車両部品を説明する（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図である。本発明の一実施形態である樹脂部材の溶着方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。本発明の一実施形態である樹脂部材の溶着方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。従来の樹脂部材の溶着方法を説明する（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図、（Ｃ）斜視図である。

最初に、本発明の一実施形態に係る樹脂部材の溶着方法及び樹脂成形部材について図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。

図１（Ａ）は、本実施形態の樹脂部材の溶着方法を用いて形成される樹脂成形部材の車両部品を説明する斜視図である。図１（Ｂ）は、本実施形態の樹脂部材の溶着方法を用いる車両部品を説明する断面図である。図２（Ａ）は、本実施形態の樹脂部材の溶着方法に用いる第１の樹脂部材を説明する断面図である。図２（Ｂ）は、本実施形態の樹脂部材の溶着方法に用いる第２の樹脂部材を説明する断面図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本実施形態の樹脂部材の溶着方法を説明する断面図である。

図１（Ａ）に示す如く、リアスポイラ１０は、車両１４（図１（Ｂ）参照）の後端開口部に開閉自在に設けられたリアゲートの上端部に取り付けられる部品である。そして、リアスポイラ１０は、それぞれ車幅方向に延在するアウタ部材１１と、インナ部材１２と、を備える。尚、リアスポイラ１０は、本願発明の樹脂成形部材の１例である。

アウタ部材１１は、リアスポイラ１０の意匠面を構成する部材であり、車両１４の後方に向かって凸状に湾曲し、車両１４の前方側に開口部１３（図１（Ｂ）参照）が形成される。詳細は後述するが、アウタ部材１１は、インナ部材１２に対して熱溶着法により溶着されるが、アウタ部材１１の内部には、発泡樹脂層３１（図３（Ｂ）参照）を有することで、車両１４の軽量化やリアスポイラ１０の意匠面の向上に寄与する。

図１（Ｂ）に示す如く、インナ部材１２は、リアスポイラ１０を車両１４に取り付ける機能を有する。インナ部材１２は、アウタ部材１１の開口部１３からアウタ部材１０の内部に挿入され、アウタ部材１０に対して熱溶着法により溶着される。そして、インナ部材１２は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂やポリカーボネート等の熱可塑性樹脂を射出成形して形成される。

図２（Ａ）は、図１（Ｂ）の丸印１５にて示すアウタ部材１１とインナ部材１２との溶着領域の断面図であり、本願発明の第１の樹脂部材の１例であるインナ部材１２の断面を示す。そして、インナ部材１２の溶着領域の上面側には、複数の突起部２１が形成される。突起部２１は、例えば、略円錐形状であり、インナ部材１２を射出成形する際に一体に形成され、上記ＡＳＡ樹脂等の熱可塑性樹脂により形成される。

図示したように、インナ部材１２の突起部２１は、アウタ部材１１（図２（Ｂ）参照）との溶着領域として用いられ、複数の突起部２１が、その溶着領域に対して一定間隔に形成される。そして、突起部２１の先端側が鋭角に形成されることで、熱溶着法を用いる際に、突起部２１とアウタ部材１１との接触領域での摩擦力が増大し、摩擦熱の温度が上昇し易くなる。

図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）の丸印１５にて示すアウタ部材１１とインナ部材１２との溶着領域の断面図であり、本願発明の第２の樹脂部材の１例であるアウタ部材１１の断面を示す。上述したように、アウタ部材１１は、リアスポイラ１０の意匠面を構成する部材であり、車両１４のデザイン性を向上させる。

図示したように、アウタ部材１１は、その内部に形成される発泡樹脂層３１と、発泡樹脂層３１の表面を被覆するスキン層３２と、から形成される。そして、アウタ部材１１は、例えば、コアバック成形法、化学発泡法、不活性ガス発泡法または微細射出発泡成形法等により形成される。スキン層３２は、射出成形の際に金型と接触する領域に形成されるため、発泡樹脂層３１は、スキン層３２の内部に形成される。尚、樹脂材料や上記成形方法により異なるが、発泡樹脂層３１の発泡セル径は、数十μｍから数百μｍ以下であり、発泡率は、質量換算にて５％から５０％の範囲である。

図示したように、アウタ部材１１のスキン層３２の厚みＴは、インナ部材１２の突起部２１の高さＨ（図２（Ａ）参照）よりも薄くなる。そして、アウタ部材１１は、上記ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いて形成されるが、インナ部材１２と同一の熱可塑性樹脂が用いられることで、両部材の溶着が確実に成される。

ここで、本実施形態の熱溶着法として、公知の振動溶着法や超音波溶着法を用いることができ、例えば、振動溶着装置（図示せず）を準備する。先ず、図３（Ａ）に示す如く、振動溶着装置の加圧テーブル上面に、突起部２１が上面側に位置するように、上記第１の樹脂部材としてのインナ部材１２を載置する。次に、突起部２１上面に上記第２の樹脂部材としてのアウタ部材１１を載置する。このとき、アウタ部材１１は、振動部材からの振動を伝達する保持具にて固定された状態となる。

次に、振動溶着装置に所望の加圧条件、振動条件等の加工条件を設定し、振動溶着法を実施する。図３（Ｂ）の矢印４１にて示すように、インナ部材１２をアウタ部材１１側へと加圧し、両部材が圧着した状態にて、矢印４２にて示すようにアウタ部材１１を振動させることで、インナ部材１２の突起部２１の先端部では、アウタ部材１１との接触領域及びその周辺領域にて、発生した摩擦熱が樹脂材の融点に達する。そして、突起部２１やスキン層３２が溶融し、溶融した樹脂が流動することで、インナ部材１２が、アウタ部材１１側の設定位置まで押し込まれる。その後、溶融した樹脂を冷却固化することで、インナ部材１２とアウタ部材１１とが溶着する。

上述したように、アウタ部材１１のスキン層３２の厚みＴが、インナ部材１２の突起部２１の高さＨよりも薄くなり、突起部２１の上部側が溶融し、インナ部材１２は、主に、アウタ部材１１のスキン層３２と溶着する。この構造により、溶融した樹脂が冷却固化する際に体積収縮を起こし、その周辺領域を引っ張るが、発泡樹脂層３１では、その空隙構造を利用して、その引っ張り力を分散することができる。また、突起部２１全体が溶融することなく、円錐形状の突起部２１の上部側にてスキン層３２と溶着することで、突起部２１とスキン層３２との個々の溶着領域は小さくなり、上記体積収縮領域も小さくなる。

その結果、アウタ部材１１では、丸印４３にて示すように、上記冷却固化領域の上方側の領域にヒケによる凹部が形成されることが防止される。そして、アウタ部材１１は、車両１４のリアスポイラ１０の意匠面を形成するが、上記ヒケの発生を抑えることで、外観不良となることが防止される。

尚、本実施形態では、車両１４のリアスポイラ１０のインナ部材１２とアウタ部材１１とを熱溶着法により溶着する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、車両１４の乗降車用のステップ部分等の車両１４の外装用樹脂部材や車両１４の内装用樹脂部材における樹脂部材同士の溶着や、車両１４以外の樹脂部材同士を溶着させる際にも同様な効果を得ることができる。

また、上記第１の樹脂部材の１例であるインナ部材１２に突起部２１を形成し、上記第２の樹脂部材の１例であるアウタ部材１１の内部に発泡樹脂層３１を形成する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。本願発明では、樹脂部材の意匠面にヒケによる外観不良が発生することを防止するため、第１の樹脂部材及び第２の樹脂部材の内部に発泡樹脂層３１が形成される場合でも良く、この場合には、第１の樹脂部材及び第２の樹脂部材の両方に突起部２１が形成される場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲にて種々の変更が可能である。

１０リアスポイラ
１１アウタ部材１１
１２インナ部材１２
１４車両
２１突起部
３１発泡樹脂層
３２スキン層

Claims

発泡樹脂層の表面をスキン層が被覆する第１の樹脂部材と、前記第１の樹脂部材との対向面に形成され、その先端側に向けて鋭角に形成された複数の突起部を有する第２の樹脂部材と、を熱溶着法を用いて溶着する樹脂部材の溶着方法であって、
前記第２の樹脂部材との対向面側の前記スキン層と前記突起部とを圧着しながら振動を加え、前記発泡樹脂層は元の状態を維持させながら前記突起部の先端側の一部と前記スキン層とを熱溶着させることを特徴とする樹脂部材の溶着方法。
前記熱溶着工程では、残存する前記突起部間に、前記スキン層と前記第２の樹脂部材との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂部材の溶着方法。
前記スキン層の厚みは、前記突起部の高さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の樹脂部材の溶着方法。
前記発泡樹脂層は、コアバック成形法、化学発泡法、不活性ガス発泡法または微細射出発泡成形法により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の樹脂部材の溶着方法。
発泡樹脂層の表面をスキン層が被覆する第１の樹脂部材と、
その表面に複数の突起部が形成される第２の樹脂部材と、を備え、
前記突起部は、その先端側に向けて鋭角に形成され、
前記第１の樹脂部材の前記スキン層と前記第２の樹脂部材の前記突起部の先端側の一部とが熱溶着されると共に、残存する前記突起部間には、前記スキン層と前記第２の樹脂部材との間に隙間が形成されることを特徴とする樹脂成形部材。