JPS6271623A - 合成樹脂材料と異種材料の接合方法 - Google Patents

合成樹脂材料と異種材料の接合方法

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JPS6271623A
JPS6271623A JP60213513A JP21351385A JPS6271623A JP S6271623 A JPS6271623 A JP S6271623A JP 60213513 A JP60213513 A JP 60213513A JP 21351385 A JP21351385 A JP 21351385A JP S6271623 A JPS6271623 A JP S6271623A
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hole
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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、合成樹脂材料と異種材料とを重ね合わせ、そ
の一方から超音波を付与させて、両者の材料を接合させ
る方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、合成樹脂材料と金属等の異種材料とを接合する際
には、第３図の断面図および第４図の断面図に示すよう
な機械的接合方法が広く利用されている。
第３図の（ａ）および（ｂ）において、３０は合成樹脂
材料であって、この合成樹脂材料３０の一方には成形時
において接合用の突起部３１が同時に成形されており、
相手部材である金属材料３２に形成されている貫通穴３
３が挿通されるようになっている。そして、両者の材料
３０．３２を接合する際には、第３図の（ａ）に示すよ
うに金属材料３２の貫通穴３３を合成樹脂材料３０の突
起部３１に挿通して、両材料３０．３２を重ね合わせる
。その後、合成樹脂材料３０の突起部３１をハンダゴテ
、高周波、超音波等の加熱手段（図示せず）によって熔
融し、第３図の（ｂ）に示すように溶融物３１ａで金属
材料３２の貫通穴３３の周辺を覆い、両材料３０．３２
を接合するようにしたものである。
また、第４図の（ａ）および（ｂ）において、４０は合
成樹脂材料であって、この合成樹脂材料４０の一方には
成形時において接合用の掛止め形状部４１を有する突起
部４２が同時に成形されでおり、相手部材である金属材
料４３の貫通穴４４が挿通されるようになっている。そ
して、両者の材料を接合する際には、第４図（ａ）に示
すように金属材料４３の貫通穴４４を合成樹脂材料４０
の突起部４２の上方に位置させる。その後、第４図（ｂ
）に示すように金属材料４３の貫通穴４４を合成樹脂材
料４０の突起部４２に押し込み、掛止め形状部４１で掛
は止めして両材料４０．４３を接合するようにしたもの
である。
しかし、前者の機械的接合方法および後者の機械的接合
方法は、ともに合成樹脂材料３０．４０の成形時におい
て接合のための突起部３１．４２を成形しなければなら
ず、成形用金型が複雑となることはもとより、接合部が
破断された時には補修に際して接着剤に頼らざるをえな
い問題がある。
上述のようなことから、合成樹脂材料と異種材料を接合
する際には、第５図に示すような機械的接合方法が多く
利用されている。
第５図において、５１はステンレス鋼板からなる板部材
であって、この板部材５１の板厚は２．０ａｍ形成され
ている。また、この板部材５１の下部にはスチレン−ア
クリロニトリル共重合体からなる板部材５２が配設され
ており、その板厚は５．０鰭に形成されている。そして
、両板部材５１．５２とは互いに対向する部位に貫通穴
５３ａ、５３ｂが形成されている。
そして、両板部材５１．５２を接合する際には、両板部
材５１の貫通穴５３ａからパツキン５４を介在して螺子
５５を螺合し、両板部材５１．５２を接合するようにな
っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような機械的接合方法においては、
両板部材５１．５２に貫通穴５３ａ、５３ｂを形成し、
螺子を螺合しなければならず、前述の機械的接合方法に
比較して接合作業が煩雑となることはもとより、両板部
材５１．５２に貫通穴５３ａ、５３ｂを形成する必要が
あることから、両板部材５１．５２の強度が低下する不
具合がある。
従って、この発明は、上記の不具合を解消するためにな
されたもので、合成樹脂材料と穴明き異種材料とを重ね
合わせ、異種材料の穴を通して超音波を合成樹脂材料に
付与して加熱・溶融し、その溶融物を異種材料の穴部に
隆起させることによって、接合しようとする両材料の強
度を低下させることな（、容易に、しかも強固に接合さ
せることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
すなわち、この発明に係る合成樹脂材料と異種材料の接
合方法においては、合成樹脂材料と異種材料とを重ね合
わせ、その一方から超音波を付与させて、両者の材料を
接合するにあたり、前記上部に配設される金属材料に貫
通穴を形成した後、下部に配設される合成樹脂材料に重
ね合わせ、異種材料の貫通穴から超音波発振器の振動部
材を挿通し、その先端を合成樹脂材料の表面に当接させ
つつ超音波を付与して加熱・溶融させるとともに、その
溶融物を異種材料に形成されている貫通穴部に隆起させ
るようにしたものである。
そして、本発明で使用される合成樹脂材料としては、熱
可塑性樹脂および熱硬化性樹脂のいずれも使用すること
ができ、ここでは特に限定されるものではない。例えば
、熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート、スチレン
−アクリロニトリル共重合体、ポリプロピレン、ポリス
チレン、ＡＢＳ、ポリアミド、ポリエーテル、塩化ビニ
リデン、［化ビニール、フン素、酢酸ビニール、メチル
メタアクリレート等を挙げることができ、熱硬化性樹脂
としては、フェノール、ポリエステル系樹脂、アミノ系
樹脂、ポリウレタン等を挙げることができる。
また、合成樹脂材料と接合される異種材料としては、鉄
、銅、真チユウ、亜鉛、アルミニウム、ステンレス、ジ
ュラルミン等の金属材料、ホウロウ、ガラス、セメント
、石膏、陶磁器、疋器等のオールドセラミックス、アル
ミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト、窒化物
、炭化物、ホウ化物等のニューセラミックなどを挙げる
ことができる。
そして、上述の合成樹脂材料と異種材料とを接合する際
には下部に配設される材料が合成樹脂材料となる組み合
わせにおいて、自由に選択して接合することができる。
また、異種材料に形成される貫通穴においては、溝、穴
等であって、これらは異種材料の表面側から裏面側に向
けてストレートに形成されたもの、表面側から裏面側に
向けて順次縮小するテーパ面に形成したもの、表面側か
ら裏面側に向けて順次拡大するテーパ面を形成したもの
等であり、その形状は特に限定されるものではない。例
えば、穴の場合には円形、長方形、正方形、楕円形、多
角形等に形成することができ、溝の場合には線状、半球
状、台形状等に形成することができる。そして、貫通穴
の大きさは、特に限定されるものではなく、要求する接
合強度に応じて適宜大きさの貫通穴を選択して形成する
ことができる。
また、超音波発振器は通常一般に使用されているものが
そのまま利用することができ、その組み合わせは超音波
発振器と、この超音波発振器に設けられる振動子と、こ
の振動子に設けられる振動部材とからなっているものが
望ましい。そして、振動部材に付与される超音波は接合
しようとする合成樹脂材料と異種材料との組み合わせに
よって選択され、その目安としては１ＱＫＨｚないし５
０Ｋ　ｌｌｚが適している。
また、下部の合成樹脂材料の表面に当接される振動部材
の形状は、先端が円錐形状に形成され、その上方に合成
樹脂材料の溶融物を異種材料の貫通穴部に押し圧するた
めの段部が形成されたものであればよい。そして、段部
を形成する部位は振動部材の押し圧が完了した状態で下
部に配設される合成樹脂材料の熔融物を上部の異種材料
に形成されている貫通穴部に隆起させる所に形成するこ
とが必要である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。
（第１実施例） 第１図は本発明に係る接合方法における第１実施例を説
明する概略断面図を示すものである。
第１図の（ａ）ないしくｄ）において、■はスチレン−
アクリロニトリル共重合体からなる板部材であって、こ
の板部材１の板厚は１５鶴に形成されており、その上面
は平坦に形成された接触面１ａとされ、下面も平坦に形
成されて台座（図示せず）への載置面１ｂとされている
。
また、板部材ｌの上部には異種材料であるアルミニウム
からなる板部材２が配設されており、その板厚は３龍に
形成されている。そして、この板部材２の上面は平坦面
２ａとされており、下面は板部材１の接触面１ａに当接
する平坦な接触面２ｂとされている。さらに、この板部
材２の中心部には円錐形状の貫通穴３が形成されており
、その大きさは上方が直径で３９ｍｍであって、下方が
直径で１５ｍｍに形成され、その途中はテーパ面３ａを
形成している。
そして、第１図の（ａ）に示すように重ね合わされた両
板部材１．２を接合する際には、板部材２に形成されて
いる円錐形状の貫通穴３の上方に超音波発振器の振動子
（図示せず）に設けられている振動部材４を位置させる
とともに、振動部材４を第１図の（ｂ）に示すように貫
通穴３から挿入し、その先端部４ａを板部材ｌの接触面
１ａに接触させる。この時、矢印入方向から板部材ｌに
対して、先端部４ａから一定の荷重を加える。
その際の振動部材４は、先端部４ａが円錐形状に形成さ
れ、挿入時の位置出しおよび熔融した樹脂が流れやすく
されている。また、円錐形状の先端部４ａの上方には段
部が形成されており、その円周方向には下方に開放する
半球形状の凹溝４ｂが形成され、その大きさは溶融した
樹脂を板部材２に形成されている貫通穴３のテーパ面３
ａに隆起させやすくされている。
次に、板部材ｌに一定の荷重を加えた状態で、超音波発
振器を作動させて、振動部材４から２０ＫＨｚないし４
０ＫＨｚの超音波を付与させる。その際、振動部材４の
先端部４ａで押し圧された坂部材ｌの表面およびその周
辺部分が超音波による振動部材４の振動によって加熱・
溶融される。
この状態で、板部材ｌを加熱・溶融しつつ、第１図の（
Ｃ）に示すように矢印Ａ方向から一定の荷重を加えなが
ら振動部材４の先端部４ａを溶融部位に押し付ける。そ
の際、板部材１の溶融物ｌＣは振動部材４が挿入される
につれて、貫通穴３の方向に隆起する。そして、振動部
材４が所定の長さ挿入されると段部が貫通穴３のテーパ
面３ａに当接して挿入が停止されるとともに、溶融物Ｉ
Ｃが半球形状の凹溝４ｂによって隆起が防止されて、貫
通穴３のテーパ面３ａの一部が溶融物ｌｃで覆われる。
その後、振動部材４への超音波の付与を停止するととも
に、その状態で２秒ないし３秒程度放置する。そして、
所定時間放置後、第１図の（ｄ）に示すように振動部材
４を矢印Ｂ方向に引き上げて、その先端部４ａを板部材
２の上方に位置させる。
これによって、板部材ｌの溶融物１ｃが板部材２に形成
されている貫通穴３のテーパ面３ａを覆った状態で自然
硬化し、スチレン−アクリロニトリル共重合体からなる
板部材ｌとアルミニウムからなる板部材２とが強固に接
合される。
ちなみに、接合部には振動部材４が挿入された穴１ｄが
残るが、この穴１ｄは両板部材ｌ、２の接合部が破損し
た際に螺子（図示せず）用の下火として利用することが
できる。
（第２実施例） 第２図は本発明に係る接合方法における第２実施例を説
明する概略断面図を示すものである。
第２図の（ａ）ないしくｄ）において、１１はポリプロ
ピレン樹脂からなる板部材であって、この板部材１１の
板厚は１５ｍｍに形成されており、その上面は平坦に形
成された接触面１１ａとされ、下面も平坦に形成されて
台座（図示せず）への載置面１１ｂとされている。
また、板部材１１の上部には合成樹脂材料に対して異種
材料となる窒化物系のニューセラミックスからなる板部
材１２が配設されており、その板厚は１．２龍に形成さ
れている。そして、この板部材１２の上面は平坦面１２
ａとされており、下面は板部材１１の接触面１１ａに当
接する平坦な接触面１２ｂとされている。さらに、板部
材１２の中心部には円錐形状の貫通穴１３が形成されて
おり、その大きさは上方が直径で２０ｍｍであって、下
方が直径で１５ｍｍに形成され、その途中はテーパ面１
３ａを形成している。
そして、第２図の（ａ）に示すように重ね合わされた両
板部材１１，１２を接合する際には、板部材１２に形成
されている円錐形状の貫通穴１３の上方に超音波発振器
の振動子（図示せず）に設けられている振動部材１４を
位置させる−とともに、振動部材１４を第２図の（ｂ）
に示すように貫通穴１３から挿入し、その先端部１４ａ
を板部材１１の接触面１１ａに接触させる。この時、矢
印Ｃ方向から板部材１１に対して、先端部１４ａから一
定の荷重を加える。
その際の撮動部材１４は、先端部１４ａが円錐形状に形
成され、挿入時の位置出しおよび溶融した樹脂が流れや
す（されている。また、円錐形状の先端部１４ａの上方
には段部が形成されており、その円周方向には下方に開
放する半球形状の凹溝１４ｂが形成され、その大きさは
溶融した樹脂を板部材１２に形成されている貫通穴１３
の周辺１３ｂを覆う大きさとされている。
次に、板部材１１に一定の荷重を加えた状態で、超音波
発振器を作動させ、振動部材１４から２０Ｋ　ｌｌｚな
いし４０　Ｋ　ｌｌｚの超音波を付与させる。その際、
振動部材１４の先端部１４ａで押し圧された板部材１１
の表面およびその周辺部分が超音波による振動部材１４
の振動によって加熱・溶融される。
この状態で、板部材１１を加熱・溶融しつつ、第２図の
（ｃ）に示すように矢印Ｃ方向から一定の荷重を加えな
がら振動部材１４の先端部１４ａを溶融部位に押し付け
る。その際、板部材１１の溶融物１１Ｃは振動部材１４
が挿入されるにつれて、貫通穴１３の方向に隆起する。
そして、振動部材１４が所定の長さ挿入されると段部が
貫通穴１３の周辺部１３ｂに当接して挿入が停止される
とともに、溶融物１１ｃが半球形状の凹溝１４ｂによっ
て隆起が防止されて、貫通穴１３の周辺部１３ｂが溶融
物１１ｃで覆われる。
その後、振動部材１４への超音波の付与を停止するとと
もに、その状態で２秒ないし３秒程度放置する。そして
、所定時間放置後、第１図の（ｄ）に示すように振動部
材１４を矢印り方向に引き上げて、その先端部１４ａを
板部材１２の上方に位置させる。
これによって、板部材１１の溶融物１１ｃが板部材１２
に形成されている貫通穴１３の周辺部１３ｂを覆った状
態で自然硬化し、ポリプロピレン樹脂からなる板部材１
１と窒化物系のニューセラミｙクスからなる板部材１２
とが強固に接合される。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る合成樹脂材料と異種
材料の接合方法においては、合成樹脂材料と貫通穴の形
成された異種材料とを重ね合わせ、異種材料の貫通穴を
通して超音波を合成樹脂材料に付与して加熱・溶融し、
そ°の溶融物を異種材料の貫通穴部に隆起させるように
したから、合成樹脂材料と異種材料との強度を低下させ
ることなく接合することができる効果がある。
また、本発明に係る接合方法においては、重ね合わされ
た合成樹脂材料と異種材料とを超音波によって接合する
ようにしたから、従来の機械的接合方法に比較して、両
材料の接合を容易に、しかも強固に接合することができ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る接合方法における第１実施例・を
説明する概略断面図である。 第２図は本発明に係る接合方法における第２実施例を説
明する概略断面図である。 第３図ないし第５図は従来の接合方法を説明する概略断
面図である。 １．１１−・−−−一板部材 ｌｃ、１ｌｃ−−−・・・溶融物 ２．１２−・−−−一板部材 ３．１：Ｌ−−−一貫通穴 ３ａ、１３ａ・−一〜−−テーパ面 １３　ｂ　−−−−一周辺部 ４．１４−−−−一振動部材 ４ａ、１４　ａ　−−−一先端部 ４ｂ、１４　ｂ　−−−−−一凹溝 出願人　　　　　　トヨタ自動車株式会社１−一、不凍
１部：Ｑ　　　　　　　　　　３ａ−−−−−ナーノ寸
ｄらＩｃ−−−一選社物　　　　　４−−一握ｒ舒汀牙
２−＼扱郁羽　　　　４ａ−−−−−え５邪３−−−−
貫逍穴　　　４ｂ−−−−一凹ふ第１図 第３図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 合成樹脂材料と異種材料とを重ね合わせ、その一方から
    超音波を付与させて、両者の材料を接合するにあたり、
    前記上部に配設される金属材料に貫通穴を形成した後、
    下部に配設される合成樹脂材料に重ね合わせ、異種材料
    の貫通穴から超音波発振器の振動部材を挿通し、その先
    端を合成樹脂材料の表面に当接させつつ超音波を付与し
    て加熱・溶融させるとともに、その溶融物を異種材料の
    貫通穴部に隆起させることを特徴とする合成樹脂材料と
    異種材料の接合方法。
JP60213513A 1985-09-25 1985-09-25 合成樹脂材料と異種材料の接合方法 Granted JPS6271623A (ja)

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