JPH0390333A - 熱可塑部品の接合方法とその装置 - Google Patents

熱可塑部品の接合方法とその装置

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JPH0390333A
JPH0390333A JP2217284A JP21728490A JPH0390333A JP H0390333 A JPH0390333 A JP H0390333A JP 2217284 A JP2217284 A JP 2217284A JP 21728490 A JP21728490 A JP 21728490A JP H0390333 A JPH0390333 A JP H0390333A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラスチック性部品を相互永久接合するための
方法及び装置、特に熱可塑部品を溶解することを特徴こ
する方法に関する。
［従来の技術］ プラスチックの利用は近年急激に広がっており、その理
由の幾つかには、プラスチックは廉価で、望む形に簡単
に造れ、電気的に絶縁であり、軽量で、長持ちすること
が挙げられる。プラスチックの接合はプラスチック材料
のより広い範囲での利用に関して重要であり、プラスチ
ックは長い間接合され続けているが、より簡単で、より
速く、より廉価な新しい溶着技術の必要がある。プラス
チックは機械ファスナーや、接着剤、溶着によって接合
することができる。機械ファスナーは一般的でほとんど
の材料に適用されるが、高価で、永久（望むような）接
合や、適切な性質を示さない。
接着剤は良い性質や、堅固な接合を示すが、制御しに＜
＜、接合や表面処理に注意を必要とし、さらに接合が遅
い。溶着は技術的にみて経済的であり、簡単で、速く、
信頼でき、原材料に近い静的、機械的な性質を持った接
合が可能なので、大量生産工業では理想的な適合性を持
つ。
プラスチック部の相互接合の典型的な技術は互いに押し
付けたときに連結するフックとラッチを利用する。しか
し、こうした一方のプラスチック部を別の部分に効果的
に接触させなければならない特別な特徴は、今では、製
造方法をより複雑にし高価なものにしている。複雑な形
状のプラスチック部品は、製造で、様々な方向に終了し
た部分から連続的に離して行かなければならない方法を
取るために、簡単な形状のものより高価になる。
熱可塑部品はシャフトを同じ形状であるが僅かに小さい
寸法のボスに押し込むことで仮接合される。しかし、し
ばらくすると前述の部品は、湿気や、気温の変化、振動
、度々接触することの影響をうけて分離しやすくなって
しまう。この問題を克服するために、製造業者は熱可塑
部品を軟化させるために溶剤を用い、溶剤が乾燥するま
では留め具で固定し、押し合わせておく。つまり、接着
剤や、ボンド材料の利用は一般に長い硬化時間がかかり
、大気の汚染にもつながる。長い硬化時間は常に工場在
庫品やコストの低下を行う即時形成の様な最近の製造技
術には不向きである。溶剤の乾燥速度や、ボンド材料の
硬化速度は加熱によって速められるが、簡単で、さらに
短時間に戊ることが望まれ、それによって製造のコスト
が低下される。
プラスチックを永久接合するための技術の概略はマーチ
ン、Ｎ５　ワトソンの”ウェルヂング　プラスチック　
フォー　ザ　オートモウティブ　インダストリ”ＳＡＥ
技術誌第８６０５８１号、２月号２４−２８頁（１−９
８６）に開示されている。
開示された技術は以下の通りである。（ｉ）超音波溶着
；高周波機械振動を利用した結合プロセスである。組み
立てられるべき部分は圧力をかけて固定され、構成要素
に縦振動が伝わるように接触領域に垂直に超音波振動を
受けるようにする。超音波溶着は大量生産に良く適して
おり、速い処理を提供するが、器材が高価になる。（ｉ
　ｉ）回転溶着：熱可塑性材料の回転や、角回転、軌道
回転による摩擦熱によって、溶解や、溶着を行う。回転
溶着プロセスの欠点は最も簡単な方法で、少なくとも構
成要素の一つが円状で、角状の整列を必要としない応用
の場合でしか、適応しない。（ｉＬｉ）振動溶着：圧力
をかけて固定し、溶着されるべき二つの部分の間の相互
の動きによって生成される摩擦熱を用いる。いったん、
接合表面に溶解した材料が生成され始めたら、振動は停
止し、接合部分は位置が調整され、溶着された部分は冷
却によって凝固する。１−５秒の溶着時間は例えば１０
０−２４０Ｈｚ、振幅１５０　ｍ　ｍｓ　１−４Ｎ／ｍ
ｍ２の圧力の振動を用いることで可能になる。この技術
は様々な大量生産される熱可塑性要素の溶着に度々利用
される。前述の様々な技術は一般に利用されるにつれて
、さらに溶着時間を減少され、溶着プロセスを実行する
のに必要な装置の簡単化が望まれる。
［発明の概要コ 本発明では、第１及び第２熱可塑部品は、溶着を行うた
めに摩擦で生まれた熱を利用した新しいプロセスによっ
て接合される。第１熱可塑部品はシャフトを持ち、第２
熱可塑部品はシャフトとほぼ同じ形だが僅かに断面は小
さいキャビティを持つ。シャフトは表面が接触するにつ
れて溶解が起こるのに十分な速度でキャビティ内に押し
込まれ、短い冷却時間をおいて、永久溶着ができる。
本発明の図で示した一実施例において、シャフト及びキ
ャビティは接合されるべき熱可塑部品の本体に形成され
る。
本発明の図で示した別の実施例において、シャフトは独
立した部分で、熱可塑性材料でできており、どちらか一
方には熱可塑性材料でできたキャビティがある二つの別
々の部品を互いに接合することに用いられる。
本発明の利点はシャフト及びキャビティは真直ぐ引き分
離する方法を用いて、形成することができる点である。
［実施例］ プラスチックの溶解は熱可塑性材料に限られる。
（即ち、減損なしに熱によって溶解し、軟化することが
できる。）熱可塑性材料の例としては、アクリロニトリ
ル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネイ
ト、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）がある。一方、熱硬化性
材料は加熱しても軟化せず、溶解できない。熱硬化性材
料の例としては、フォーマイカ（登録商標）、石炭酸、
ベークライト（登録商標）がある。本発明は熱可塑性材
料で造られている部品の新しい接合技術に関する。
以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図は電話サービスを供給する際に使用されるような電気
部品をもった熱可塑性ハウジング１００を示す。ハウジ
ング１００は、例えば、電話回線から無線周波数電気信
号を取り除くための部品を含む。ハウジング１００は、
端にモジュラ−プラグ（ここでは示さない）を持った電
話回線に直列に連結される。普通に使用する場合、モジ
ュラ−プラグは、ハウジング１００の中の部品を電気的
にかみ合わせるために開口部１５にはめ込まれる。ハウ
ジング１００は継目１２０に沿って合わさった一対のか
み合った部品１０及び２０からなる。この具体的な例に
おいて、部品１０及び２０は同じである。
第２図はＡＢＳの様な熱可塑性材料で型どられた部品１
０の内側の構造を示す。部品１０の突起２３は対の部品
２０の相補性の間部分に組合うように配置される。同じ
ように、部品１０の間部分２４は対の部品２０の相補性
の突起に組合うように配置される。前述の間部分や突起
は製造工程において部品１０及び２０を操作したり、そ
の後の構造上の安定性を与える。部品１０の構造内にボ
ス１１とシャフト１２は造られる。ボス１１の中に部品
１０及び２０を相互接合する目的で、シャフトをうける
ように、僅かに大きめの寸法で、キャビティ１３はある
。
第３図はシャフト１２．２１がボス２２．１１に各々接
合する方法を示すハウジング１００の断面図である。ボ
ス１１の詳細な寸法は第４図に、シャフト２１の詳細な
寸法は第５図に示す。
第４図はボス１１の領域の部品１０の断面図を示す。対
のシャフト２１の形にあった、ボス１１内のキャビティ
１３の形は特に重要である。この実施図において、キャ
ビティ１３の入口１４は製造工程において対のシャフト
２１の入りを容易にするために傾斜をつけている。キャ
ビティ１３は先端の直径０．０９フインチから底の直径
０．０９２イ°ンチと先細りになっている。キャビティ
１３の長さは０．６インチであるから、傾斜角度αはほ
ぼ０．　５度で形成される。第５図に示されたシャフト
の前述の寸法に比べて、シャフト２１は先端も底もほぼ
０．００３インチ大きいこεが分かる。シャフト２１の
長さはキャビティ１３の長さより僅かに小さく、ボスや
シャフト長は適当で色々変化してもよい特徴があること
も分かる。前述の寸法は傾斜角度βと傾斜角度αをほぼ
同じくする。　シャフト２１は力を加えないとキャビテ
ィ１３に完全には入らない。力を加えた後、シャフト２
１とボス１１は湿気や、気温の変化、振動、手による揺
さぶりによる影響で永久接合されない。
さらにシャフト２１とボス１１は同じ材料ではないなら
ば、気温の変化にともない、膨張係数が異なるために緩
みの原因になる。しかし、シャフト２１はキャビティ１
３に熱可塑性材料が表面溶解を起こす速度で押し込める
ことも発見された。短い冷却時間（１秒以下）の後に、
シャフト２１はボス１１に溶着される。また、多くの要
因が溶着プロセスに関わっていることも分かった。こう
した要因は、以下に限られないが、（１）シャフトとキ
ャビティの互いの寸法、（２）挿入速度、（３）使用し
た熱可塑性材料、（４）表面の仕上がり、（５）シャフ
トとキャビティの長さ、（６）シャフト／キャビティの
断面の外形（即ち、丸い、四角い、弁型）、（７）傾斜
角度を含む。
実施例において、シャフトとキャビティが緩やかに接合
したとき、溶着は起こらず、キャビティからシャフトを
引き離すには４０ボンドの力を必要とする。シャフトと
キャビティが速い速度で押し込まれたなら、溶着が起こ
り、シャフトとキャビティを引き離すには、ほぼ１００
ボンドの力が必要になる。引き離した後の溶着の典型的
な証拠が第６図のシャフト６００の領域６２に示されて
いる。本発明の好ましい実施例において、シャフト２１
とボス１１は各々丸い断面を持ち、ＡＢＳ材料で構成さ
れる。望ましいシャフトとキャビティの寸法（第４図及
び第５図参照）を用いた場合、溶着は５０インチ毎秒の
速度で起こる。本発明の好ましい実施例として、速度は
８０インチ毎秒を採用している。
再び第６図を参照すると、シャフト６００は分離してい
て、別個の爪状の部品を為している。シャフト６００は
、一般に滑らかで直線状であり、ヘッド部分６０から遠
ざかるにつれ、段々狭くなっていくシャフト部分６１を
持つ。シャフト６００は、熱可塑材料で構成される。シ
ャフト６００の典型的な使用例を第７図に示す。第７図
では、装置８０と部品７０の永久接合が見られる。この
使用例では、装置８０は、シャフト６００のヘッド部分
６０とボスの上部７１の連結によって、捕らえられてい
るので、熱可塑性材料で構成される必要はない。この特
別な使用例において、シャフト６１の長さはキャビティ
１３の底まで伸びない。
領域７２は空気がキャビティ１３内へのシャフト６００
の移動によって圧縮されたところに形成される。この圧
縮空気は穴７３を通って外に除去される。設計者が、領
域７２の気圧が上昇することをわかっていても、部品７
０の表面に穴を開けるといった傷つけることを望まない
場合は、圧力は、領域７２の体積を増やすために、より
短いシャフト６１を使用することによって、低下される
。どちらにしろ、特にシャフト６１によってキャビティ
１３が完全に埋まってしまりたときに、シャフト６１に
沿った縦の溝や、その中心を通った穴は、領域７２の圧
力を除去することに用いられている。
第８図は第１図に示した熱可塑性ハウジング１００を固
定するときに使用する装置を示す。装置は溶着プロセス
の間において、下部固定具８２０と接合する上部固定具
８１０からなる。固定具８１０．８２０は加工されたア
ルミニウムの原料で構成されるが、他の材料も使用でき
、コストや、得られる耐久性を考慮して一般的に選ばれ
る。上部固定具８１０は下部固定具８２０の受は穴８２
２．８２３と対になっている整列したビン８０２．８０
３を持っている。また下部固定具８２０には溶着される
べき熱可塑性ハウジングを受けるためのキャビティ８２
５がある。キャビティ８２５の深さは、上部固定具及び
下部固定具８１０．８２０が押し込まれたとき、固定具
８１０．８２０が熱可塑性ハウジング自身の大きさより
さらにハウジングが圧縮されるのを防ぐのに必要なエネ
ルギーを吸収するために、熱可塑性ハウジングの最終的
な深さに合わせである。キャビティ８２５は溶着が完了
した後、ハウジングを引き離す方法と同じようにハウジ
ングを受けるように形成されている。
第９図は現溶看プロセスに関して、さらに詳細に示す。
装置９００はシャフト９４０を押し出すための穴をある
固体の上面と底面を持った硬いハウジング９１０で構成
された小型の空気シリンダである。シャフト９４０の上
面に接触しているほぼ平らなプレートはハウジング９１
０の内壁にシールを形成し、空気供給ライン９２０及び
９３０を通して行ったり来たりする気圧によって自動車
のエンジンの様に上下する。供給ライン９２０は供給ラ
イン９３０がプレートの底面で空気を来たり行ったりさ
せているうちにプレートの上面から空気を行ったり来た
りさせる。装置９００はスピードエアによって製造され
ているストック番号２Ａ７１３のような市販の小型空気
シリンダである。
シャフト９４０は上部固定具８１０の内部ねじゃま８０
１にあった外部ねじゃま９４１を持つ。シャフト９４０
はさらに、上部固定具８１０を接合している間にシャフ
ト９４０を固定しておくためにスロット９４２を持つ。
いったん、シャフト９４０が上部固定具８１０に接合し
たら、この上部固定具８１０は、下部固定具８２０に挿
入されるが、塑性ハウジング１００は溶着の原因となる
下方向の押し込みを待つ。この下方向の押し込みは供給
ライン９２０内の気圧がこの実施例において９０ｐｓｆ
まで上昇したときに起こる。シャフト９４０が下に動く
につれて、供給ライン９３０から空気が吹き出す。シャ
フト９４０の下方向への移動が第４図及び第５図に示す
寸法を持ったＡＢＳ材料を使用した熱可塑性ハウジング
１００の溶着に十分な速度であるほぼ８０インチ／秒に
達する。その後上部及び下部固定具は圧縮空気が供給ラ
イン９３０を通ってシリンダ９００に送られ、供給ライ
ン９２０を通って除去されるときに分離する。これによ
りシャフトを底部固定具８２０から引き離すために溶着
した所を暴露しながら、上に動かしていく。冷却は急激
に行われ、熱可塑性ハウジング１００の組立は完了する
。
示した溶着技術は広範囲の熱可塑性材料や、沢山の製品
に関係しながら効率よく用いられることが分かった。電
話の受話器のデツキやシェルは、プラスチックの人形や
、自動車の部品、応用品、多くの様々な電気製品と同じ
ように本発明を持ちいて永久接合されている。さらに本
発明はハンマーが対の熱可塑性キャビティを接合すると
きにもちいる熱可塑性の爪に姿用できる。爪とキャビテ
ィのたがいの寸法と同じように、速度が、使用する熱可
塑性材料を決定する最小値を越える限り、溶着は起こり
、本発明の効果が示される。それによって、本発明の意
図及び目的から離れることなく、様々な変型例が可能に
なる。
尚、特許請求の範囲に記載された参照番号は、発明の容
易なる理解のためで、その範囲を制限するよう解釈され
るべきではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にもとすいて熱可塑性材料で構成された
電話装置のハウジングを示す図、第２図は本発明にもと
すいて伸びたキャビティ及びシャフトを持つ第１図のハ
ウジングの一部分を示す図、 第３図はどの様にシャフト及びキャビティが接合しであ
るか示した第１図のハウジングの断面図を示す図、 第４図はボスの中のキャビティの詳細な寸法を示す図、 第５図はシャフトの詳細な寸法を示す図、第６図は本発
明にもとすいた熱可塑性材料によって構成されたシャフ
トを示す図、 第７図は他の２つの部品を接合している第６図のシャフ
トの使用を示す図、 第８図は本発明にもとずいた溶着の為に第１図の熱可塑
部品の固定に用いた部品を示す図、第９図は本発明にも
とずいた溶着を実行するための空気シリンダを伴った第
８図の部品を示す図である。 出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンドＦＩＧ、
７

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）第１熱可塑部品（１０）と、第２熱可塑部品（２
    ０）を接合する方法において、 第１熱可塑部品はシャフト（１２）を有し、第２熱可塑
    部品はシャフトとほぼ同じ形で、僅かに小さい断面のキ
    ャビティ（１３）を有し、 第１熱可塑部品のシャフトを第２熱可塑部品のキャビテ
    ィに挿入するステップ、 シャフトとキャビティが接触し、少なくとも一つの領域
    における熱可塑部品の熱可塑性材料の溶解を引き起こす
    のに十分な速度で、シャフトをさらにキャビティに押し
    込み、それにより、溶解した熱可塑性材料が冷却した後
    に、溶着されるステップ、 からなることを特徴とする熱可塑部品の接合方法。
  2. （２）第１熱可塑部品（１０）と第２熱可塑部品（２０
    ）の熱可塑性材料が同じであることを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  3. （３）熱可塑性材料は、アクリロニトリル−ブタジエン
    −スチレン（ＡＢＳ）から成ることを特徴とする請求項
    ２記載の方法。
  4. （４）シャフト（１２）をキャビティ（１３）に挿入す
    る速度を５０インチ／秒以上にすることを特徴とする請
    求項３記載の方法。
  5. （５）シャフト（１２）の断面は、その概形を維持する
    が、キャビティ（２２）への入口の最初のポイントから
    の長さに合わせて段々広くなって行くことを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  6. （６）シャフト（１２）の断面は、ほぼ円状であること
    を特徴とする請求項５記載の方法。
  7. （７）第１熱可塑部品は、熱可塑性材料のシャフト（８
    １０）を有し、第２熱可塑部品は、シャフトとほぼ同形
    で僅かに小さい断面で熱可塑性材料の壁を持つキャビテ
    ィ（８２２）を有し、第１熱可塑部品と第２熱可塑部品
    を永久接続する装置において、 永久接合する前に、第１熱可塑部品と第２熱可塑部品の
    一つを支持する固定具（８２０）と、前記第１熱可塑部
    品及び第２熱可塑部品を、シャフトをキャビティに接触
    している表面を溶着するのに十分な速度で動かして、一
    緒に押込む手段（９００）と、 を具備することを特徴とする熱可塑部品の接合装置。
  8. （８）シャフト（８０２）とキャビティ（８２２）の壁
    は、同じ熱可塑性材料であることを特徴とする請求項７
    記載の装置。
  9. （９）熱可塑性材料は、アクリロニトリル−ブタジエン
    −スチレンであることを特徴とする請求項８記載の装置
    。
  10. （１０）キャビティ内を動くシャフトの速度は、５０イ
    ンチ／秒以上であることを特徴とする請求項９記載の装
    置。
JP2217284A 1989-08-28 1990-08-20 熱可塑部品の接合方法とその装置 Granted JPH0390333A (ja)

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