JPH0985827A - 溶着強度に優れた結晶性樹脂製振動溶着中空体 - Google Patents

溶着強度に優れた結晶性樹脂製振動溶着中空体

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JPH0985827A
JPH0985827A JP7268035A JP26803595A JPH0985827A JP H0985827 A JPH0985827 A JP H0985827A JP 7268035 A JP7268035 A JP 7268035A JP 26803595 A JP26803595 A JP 26803595A JP H0985827 A JPH0985827 A JP H0985827A
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JP
Japan
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vibration
welding
divided
hollow body
divided body
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JP7268035A
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Hisashi Tawara
久志 田原
Toshiaki Izumida
敏明 泉田
Takayuki Ito
尊之 伊藤
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Mitsubishi Engineering Plastics Corp
Original Assignee
Mitsubishi Engineering Plastics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製品デザインを変えず、重量増加なし
に、かつ設計された強度の低下を伴うことなく、溶着強
度の優れた結晶性樹脂製振動溶着中空体を提供するこ
と。 【解決手段】 振動溶着によって中空体を成形するため
の一対の熱可塑性結晶性樹脂製分割体の少なくとも一方
の溶着面に、実質的に非晶性化された単位凸部を規則的
に配列してなる、凹凸部を設けたことを特徴とする振動
溶着中空体成形用分割体。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性結晶性樹
脂の振動溶着方法及び超音波溶着方法（まとめて振動溶
着方法と称す）の改良に関する。特に、溶着強度に優れ
た振動溶着中空体、例えば自動車エンジンのインテーク
マニホールド等の成形に適した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、結晶性樹脂は、結晶化すること
により密度、融点が高くなり、硬度や弾性率などが大き
くなる。また、水分や染料、可塑剤などが結晶組織へ入
り込みにくいため、耐薬品性にも優れているなどの特徴
を有する。これら結晶性樹脂は、金型温度を高くして成
形を行うことで、結晶化度が向上するために強度、摩耗
性、耐薬品性等が向上することが知られている。金型温
度を低くして成形を行うと、溶融樹脂を射出注入直後、
金型キャビティ面で急激に冷却されるため、成形品表面
にスキン層と呼ばれる、非晶質及び結晶化度の低い微細
な結晶の層が形成されて、樹脂特性値を低下させる問題
があった。
【０００３】振動溶着方法においては、金型温度を高く
して成形を行うと、溶着する面に結晶が生成して、溶着
力を阻害する問題があるため、通常は、金型温度を低く
し、溶着面に結晶を生成させないようにして、強固な溶
着力を得ている。しかし、そのような場合、溶着面の接
着強度は強くなるものの、成形品としては結晶化度が低
いために、設計された強度よりも低くなるので、成形品
の肉厚を増加したり、ガラス繊維添加グレードを使用す
ることも試みられているが、重量の増加や外観の低下と
いった別の問題が生じてくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術における課題を解決し、溶着強度に優れた熱可塑性
結晶性樹脂成形品の振動溶着方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶着面に
設ける凹凸部の形状を工夫することで、金型温度を高く
して成形しても、溶着面のみの結晶化度を低くできるた
めに、成形品の性能が低下することなしに、強固な接着
強度を得られることを見いだした。
【０００６】すなわち、本発明は、ａ）振動溶着によっ
て中空体を成形するための一対の熱可塑性結晶性樹脂製
分割体の少なくとも一方の溶着面に、実質的に非晶性化
された単位凸部を規則的に配列してなる、凹凸部を設け
たことを特徴とする振動溶着中空体成形用分割体、ｂ）
この振動溶着中空体成形用分割体と、これと対をなす分
割体とを、振動溶着することを特徴とする振動溶着方法
およびｃ）この振動溶着方法によって得られる振動溶着
中空体にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明に使用する熱可塑性結晶性樹
脂は、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリブチレンテ
レフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロ
ピレン、ポリエチレン等が使用できる。また、これらの
樹脂に、安定剤、添加剤、ガラス繊維等の充填材等を予
め配合したものを、使用することもできる。
【０００８】本発明において、振動溶着によって中空体
を成形するには、まず、上記の樹脂を使用して、溶着面
が一致する一対の分割体を調製する必要があり、その少
なくとも一方の分割体の溶着面に所定の凹凸部を設ける
必要がある。また、所定の凹凸部は、これを構成する単
位凸部を規則的に配列したものであり、また該単位凸部
は実質的に非晶質化されていることが必要である。
【０００９】分割体の調製は、射出成形など熱可塑性結
晶性樹脂に慣用の任意の成形技術に従って行うことがで
きる。また、成形条件としては、通常用いられる条件で
構わないが、金型温度は、通常使用する金型温度よりや
や高めとし、サイクルが極度に延長されないような温度
を選択して行うことが望ましい。例えば自動車エンジン
のインテークマニホールド等は、ガソリン等の薬品によ
って侵され易いために成形品表面に結晶部が存在しない
とクラックを生じる危険があるために、できるだけ金型
温度は高くして成形を行うことが望ましい。このように
金型温度を高くして成形を行うと、通常ならば、溶着部
分にも結晶が生成するために、溶着強度の低下は避けら
れないが、本発明では、所定の凹凸部を設けることで、
溶着部分では結晶生成しないために、申し分のない溶着
強度を享受できるという特徴がある。
【００１０】単位凸部の形状は、非晶質化しやすいもの
で、しかも金型の製作が容易なものであれば特に制限は
ないが、通常、半球、半回転楕円体、角柱、角錐、円
柱、円錐、角錐台または円錐台の形状から選ばれる。す
なわち、前記分割体の調製に使用する金型キャビティの
溶着面の部分に、これらの形状に相当する凹部を彫り込
んでおき、樹脂を充填すれば、所望の単位凸部を有する
溶着面が形成される。
【００１１】これら単位凸部の規則的な配列は、分割体
の調製に際し、単位凸部を実質的に非晶質化させるため
に極めて重要な要件であり、通常、単位凸部の底辺
（ａ）、高さ（ｈ）およびピッチ（Ｐ）が、それぞれ次
式を満足するものである。 ０．１ｍｍ≦ａ≦５ｍｍ ０．３ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ ０．１ｍｍ≦Ｐ≦５ｍｍ ａ≦Ｐ
【００１２】ここで、単位凸部の底辺（ａ）とは、単位
凸部の底面が形成する図形の最大幅（例えば、円形では
直径、正方形では一辺の長さ）を意味し、単位凸部の高
さ（ｈ）とは、単位凸部の底面からの高さの最大値を意
味し、単位凸部のピッチ（Ｐ）とは、最も近接する２つ
の単位凸部の底面が形成する２つの図形の対応点（例え
ば、円形では両中心点）間の距離を意味する。
【００１３】また、単位凸部は、金型製作を容易にする
と言う観点からは、溶着面に設けた凹凸部全域にわたっ
て同一の形状のものが選ばれるが、必要に応じて、２種
またはそれ以上の形状の単位凸部を規則的に配列したも
のである場合もあるし、金型製作上そうなってしまう場
合もある。それらの場合は、各形状の単位凸部の底辺
（ａ）、高さ（ｈ）およびピッチ（Ｐ）の最大値が、上
記の式を満足するように選択すればよい。
【００１４】単位凸部の規則的配列が行われない場合、
特に上記の式が満足されない場合には、種々の不利益を
生ずる。例えば、底辺（ａ）が、０．１ｍｍ未満の場
合、樹脂の流動性を阻害して転写が不足し、５ｍｍを越
えると、単位凸部の中心部が徐冷されて結晶が生成する
ので好ましくない。高さ（ｈ）が、０．３ｍｍ未満で
は、振動溶着によって溶融される樹脂量が少ないために
強固な接着を得られず、また１０ｍｍを越えると、樹脂
の流動性が不足することで未充填となり易いために正規
の寸法とならず、溶着する際の分割体相互の嵌合がうま
くいかない問題が発生する。ピッチ（Ｐ）が、０．１ｍ
ｍ未満では、金型の製作が難しく精度の要求される部品
には応用することは難しいため、０．１ｍｍ以上とする
ことが望ましい。また、５ｍｍを越えると、単位凸部以
外の平らな部分が多く存在するために、その部分に結晶
が生成することから接着性を阻害してしまう問題が発生
する。
【００１５】以上要するに、上記式の範囲内とすること
で、金型に彫り込んだ凹部を充分転写でき、且つ容易に
非晶質化された単位凸部を形成させることができる。例
えば、ポリアミド６を、金型温度８０℃で成形した本発
明の分割体成形品の結晶状態を観察してみると、平板状
部では、表面の数μｍの厚さだけが非晶質であるのに対
し、凹凸部では、金型に彫り込んだ凹部が転写された単
位凸部は、全体が実質的に非晶質である。一般に、成形
された凹凸を有する成形品は、平板状成形品に比べて凹
凸部での結晶化度が低くなる特徴がある。
【００１６】振動溶着に際して、接合面に設けられた、
この非晶質化された単位凸部は、比較的軟化温度が低い
ために摩擦熱で容易に溶融し、優れた溶着強度を与え
る。また、溶着すべき一対の分割体の構造を、いわゆる
嵌合構造とすることにより、さらに優れた溶着強度を確
保することもできる。すなわち、一対の分割体の一を、
溶着面に溶融樹脂を収容すべき堤状周縁を設けた雌形分
割体とし、他をこの雌形分割体の堤状周縁に嵌合しうる
溶着面を有する雄形分割体とする。このような構造の両
分割体の溶着面を互いに嵌合させておき、振動を加える
と、溶着面が摩擦熱で溶融することで、優れた溶着強度
が得られる。本発明においては、このような構造の分割
体の少なくとも一方、通常、雄形分割体の溶着面に所定
の凹凸部、すなわち規則的に配列した非晶質化された単
位凸部を設けることにより、さらに優れた溶着強度が得
られる。
【００１７】振動溶着に使用する機械は、特に制限はな
く、市販のものを用いることができる。発生する振動の
周波数は、１００〜４０ＫＨｚの範囲から選択すること
ができる。すなわち、低周波数の狭義の振動溶着機だけ
でなく、高周波数の超音波溶着機も使用することができ
る。
【００１８】狭義の振動溶着機は、比較的大きな成形品
に用いることが可能である。通常、接合すべき複数の中
空体部品に、必要な周波数と振幅を有する振動を加え、
所定の圧力下に所定時間保持し、押圧接合面で発生する
摩擦熱により、中空体部品の表面を溶融させた後、振動
を停止させて冷却を行う溶着法である。押圧面に加える
振動の周波数は、使用する樹脂組成物の硬さにもよる
が、通常１００〜３００Ｈｚ程度、また振幅は１００Ｈ
ｚで３ｍｍ、２４０Ｈｚで１．５ｍｍ程度の条件で行わ
れる。
【００１９】超音波溶着機は、比較的小さい成型品（縦
１００ｍｍ×横１００ｍｍ程度）に用いることが多い。
高周波電流を流すと、超音波振動を発生させるチタン酸
ジルコン酸鉛素子を取り付けた振動子から、ジュラルミ
ン製のホーンに、１０〜４０ＫＨｚの超音波振動（振幅
２０〜４０μｍ）を伝え、固定した成形品に当てると、
その接合面が発熱して溶着が起きる。通常は、ホーンと
受け治具間で成形品全体が加圧を受けて溶接されるシェ
アー法、ビード法を用いる。大型の成形品に用いないの
は、超音波溶着で用いるホーンの騒音等が大きい上、装
置的に大きくして行うと振動発生装置が大きくなり、コ
ストアップとなるためである。
【００２０】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
【実施例１】 ［分割体調製用金型］金型として、インテークマニホー
ルド用金型を用いた。該金型は、インテークマニホール
ドを対称面で２分割した、一対の分割体を調製するため
の射出成形金型である。この金型を用いて射出成形され
た一対の分割体を、溶着面で振動溶着することで、内径
３５ｍｍ、外径３７ｍｍの３方管構成のインテークマニ
ホールドが成形されるようになっている。なお、金型に
彫り込んだキャビティの形状からみると、成形されるべ
き分割体は、溶着面が相互に嵌合しうる雌雄両形とされ
てはいる。また、該雄形分割体の溶着面には、三角柱の
単位凸部が、底辺０．１ｍｍ、高さ０．３ｍｍ、ピッチ
０．１ｍｍで規則的に配列された、凹凸部が設けてあ
る。さらに、インテークマニホールドの溶着強度測定を
行えるように、両分割体の側面部には、分割面に対して
垂直方向に立ち上がる、引張り試験用のリブを設けた構
造としてある。
【００２１】［振動溶着中空体成形用分割体］上記の金
型を使用し、成形材料としては、ポリアミド６樹脂（三
菱エンジニアリングプラスチックス（株）製、商品名：
ノバミッド １０１０）を用いて、金型温度８０℃、樹
脂温度２５０℃にて射出成形を行い、図１（ａ）、
（ｂ）に示した一対の振動溶着中空体成形用分割体の成
形品を得た。得られた成形品の凹凸部及びその他の部分
の結晶状態及び転写性の評価を行った結果、まず結晶状
態については、凹凸部は高さ０．３ｍｍの単位凸部全体
が完全に非晶質であるのに対し、他の部分は表層の数μ
ｍのみが非晶質でありその下は殆ど結晶化していた。ま
た、金型キャビティの転写性については、射出された樹
脂が細部まで行き渡っており、凹凸部の細かな形状も問
題なく転写され、三角柱の単位凸部が、金型に彫り込ん
だ通り規則的に配列された、溶着面が形成されていた。
図２には、溶着面を部分的に拡大して示した。同図
（ａ）は部分的拡大断面図であり、同図（ｂ）は部分的
拡大平面図である。
【００２２】［振動溶着中空体］次に、該一対の振動溶
着中空体成形用分割体の成形品を、凹凸部分が綺麗に合
わさるようにして重ね合わせ、言い換えれば両分割体を
溶着面で嵌合させ、ＭＩＮＩ−ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ Ｗ
ＥＬＤＥＲ（ブランソン社製 周波数２４０Ｈｚ）を用
いて、溶着荷重３０ｋｇｆ、振幅１．５ｍｍ、ホールド
時間３ｓｅｃの条件下で、振動溶着を行った。その結
果、図３に示した振動溶着中空体の成形品を得た。得ら
れた成形品の外観、溶着強度および通水試験の評価を行
った結果は、２つの重ね合わせた分割体は完全に溶着さ
れており、溶着面のずれ、バリ等の外観不良は認められ
なかった。引張り試験機を用いて、チャック間距離６０
ｍｍ、測定速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した、溶着
強度は８０ｋｇｆであった。また、該成形品の内部に圧
力４ｋｇｆ／ｃｍ2 の水を通水したところ、水の漏れは
発生しなかった。
【００２３】
【比較例１】実施例１において、溶着面の凹凸部を以下
のように３通りに変えた金型を用いた以外は、実施例１
と全く同様に射出成形および振動溶着を行って成形品を
得た。 条件 凹凸１ 凹凸２ 凹凸３ 底辺ａ ０ｍｍ ０．１ｍｍ ０．１ｍｍ 高さｈ ０ｍｍ ０．１ｍｍ ５ｍｍ ピッチＰ ０ｍｍ ０．１ｍｍ １０ｍｍ 得られた振動溶着中空体の成形品について、実施例１と
同様に、溶着強度および通水試験の評価を行った。溶着
強度は以下のようになった。 条件 凹凸１ 凹凸２ 凹凸３ 溶着強度 ２５ｋｇｆ ３２ｋｇｆ ４１ｋｇｆ また、通水試験では、すべての成形品から部分的に水の
漏れが発生した。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、振動溶着される面に、
規定された凹凸部を設けることで、特殊な成形条件及び
溶着条件を用いなくとも、接着強度に優れた振動溶着中
空体の成形品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一対の振動溶着中空体成形用分割体の平面図
【図２】分割体の溶着面の部分的拡大断面図および平面
図
【図３】振動溶着中空体の概念図
【符号の説明】
１ 凹凸部 １’単位凸部 ２ 引張り試験用リブ ３ 中空部 ４ 溶着面 ５ フランジ部 ６ 雄形分割体 ７ 雌形分割体 ８ 堤状周縁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０８Ｌ 67/02 ＬＰＭ Ｃ０８Ｌ 77/00 ＬＱＹ 77/00 ＬＱＹ Ｆ０２Ｍ 35/10 １０２Ｎ Ｂ２９Ｌ 22:00 23:00 (72)発明者 伊藤 尊之 神奈川県平塚市東八幡五丁目６番２号 三 菱エンジニアリングプラスチックス株式会 社技術センター内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】振動溶着によって中空体を成形するための
    一対の熱可塑性結晶性樹脂製分割体の少なくとも一方の
    溶着面に、実質的に非晶質化された単位凸部を規則的に
    配列してなる、凹凸部を設けたことを特徴とする振動溶
    着中空体成形用分割体。
  2. 【請求項２】上記規則的配列は、単位凸部の底辺
    （ａ）、高さ（ｈ）およびピッチ（Ｐ）が、それぞれ次
    式を満足するものである ０．１ｍｍ≦ａ≦５ｍｍ ０．３ｍｍ≦ｈ≦１０ｍｍ ０．１ｍｍ≦Ｐ≦５ｍｍ ａ≦Ｐ ことを特徴とする請求項１記載の分割体。
  3. 【請求項３】上記単位凸部が、半球、半回転楕円体、角
    柱、角錐、円柱、円錐、角錐台または円錐台の形状を有
    する請求項１〜２記載の分割体。
  4. 【請求項４】上記一対の分割体の一を、溶着面に溶融樹
    脂を収容すべき堤状周縁を設けた雌形分割体とし、他を
    該堤状周縁に嵌合しうる溶着面を有する雄形分割体とし
    たことを特徴とする請求項１〜３記載の分割体。
  5. 【請求項５】上記雄形分割体の溶着面に、上記凹凸部を
    設けたことを特徴とする請求項４記載の分割体。
  6. 【請求項６】上記請求項１〜５記載の振動溶着中空体成
    形用分割体と、これと対をなす分割体とを、振動溶着す
    ることを特徴とする振動溶着方法。
  7. 【請求項７】上記振動溶着を、周波数１００Ｈｚ〜４０
    ＫＨｚの振動溶着機を用いて、行うことを特徴とする請
    求項６記載の振動溶着方法。
  8. 【請求項８】上記請求項６または７記載の振動溶着方法
    によって得られた振動溶着中空体。
  9. 【請求項９】上記中空体が自動車エンジンのインテーク
    マニホールドである請求項８記載の振動溶着中空体。
JP7268035A 1995-09-22 1995-09-22 溶着強度に優れた結晶性樹脂製振動溶着中空体 Pending JPH0985827A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010149789A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Toyoda Gosei Co Ltd 空調用ダクト
JP2010149791A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Toyoda Gosei Co Ltd 空調用ダクト
JP2011116127A (ja) * 2009-12-03 2011-06-16 Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum Fur Material & Kustenforschung Gmbh 金属ワークとプラスチックワークとを接合する方法
WO2013051494A1 (ja) * 2011-10-07 2013-04-11 ポリプラスチックス株式会社 溶着体の製造方法
JP2013107227A (ja) * 2011-11-18 2013-06-06 Panasonic Corp 樹脂成形品形成用分割体、樹脂成形品製造方法および熱交換器

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