JP2000127248A - 超音波接合方法 - Google Patents
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- B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
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- B29C66/951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
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- B29L2031/748—Machines or parts thereof not otherwise provided for
- B29L2031/749—Motors
- B29L2031/7492—Intake manifold
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 接合強度を向上させる超音波接合方法の提
供。 【解決手段】 ピン5が形成された第1の樹脂部品3と
ピン5が挿通される孔6が形成された第2の樹脂部品4
とを超音波振動が伝達される超音波ホーン1を用いて接
合する超音波接合方法であって、ピン5を孔6に挿通し
て第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とを位置合わせ
する工程と、超音波ホーン1を用いて、ピン5の溶融、
かしめとピンまわり7での超音波溶着との両方で、第1
の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とを接合する工程と、
からなる超音波接合方法。溶融、かしめと超音波溶着と
は同時でもどちらが先に行われてもよい。
供。 【解決手段】 ピン5が形成された第1の樹脂部品3と
ピン5が挿通される孔6が形成された第2の樹脂部品4
とを超音波振動が伝達される超音波ホーン1を用いて接
合する超音波接合方法であって、ピン5を孔6に挿通し
て第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とを位置合わせ
する工程と、超音波ホーン1を用いて、ピン5の溶融、
かしめとピンまわり7での超音波溶着との両方で、第1
の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とを接合する工程と、
からなる超音波接合方法。溶融、かしめと超音波溶着と
は同時でもどちらが先に行われてもよい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波接合方法に
関する。
関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭58−155924号は、長繊維
強化の熱可塑性樹脂複合材製品と他部材との結合方法を
開示しており、そこでは熱可塑性樹脂複合材製品にピン
を形成しておき、ピンを他部材の孔に挿通した後、ピン
の先端を超音波振動ホーンを用いてかしめることによ
り、熱可塑性樹脂複合材製品と他部材とを結合する方法
を開示している。
強化の熱可塑性樹脂複合材製品と他部材との結合方法を
開示しており、そこでは熱可塑性樹脂複合材製品にピン
を形成しておき、ピンを他部材の孔に挿通した後、ピン
の先端を超音波振動ホーンを用いてかしめることによ
り、熱可塑性樹脂複合材製品と他部材とを結合する方法
を開示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のかしめ
による超音波接合方法では、接合強度が十分でなく、振
動または落下等により、かしめ部分に亀裂が生じるとい
る問題があった。かしめ部分の破損は、かしめ深さが不
十分な場合は、図17に示すように、かしめた頭部25
aがピン25の外周と同径で剪断破断し(破壊部位を2
6で示す)、かしめ深さが適切な場合は、図18に示す
ように、かしめた頭部25aとピン25のかしめられて
いない部分との境界部で引張破断する(破壊部位を27
で示す)。本発明の目的は、樹脂部品の超音波ホーンを
用いての接合において、接合強度を従来よりも向上させ
ることができる超音波接合方法を提供することにある。
による超音波接合方法では、接合強度が十分でなく、振
動または落下等により、かしめ部分に亀裂が生じるとい
る問題があった。かしめ部分の破損は、かしめ深さが不
十分な場合は、図17に示すように、かしめた頭部25
aがピン25の外周と同径で剪断破断し(破壊部位を2
6で示す)、かしめ深さが適切な場合は、図18に示す
ように、かしめた頭部25aとピン25のかしめられて
いない部分との境界部で引張破断する(破壊部位を27
で示す)。本発明の目的は、樹脂部品の超音波ホーンを
用いての接合において、接合強度を従来よりも向上させ
ることができる超音波接合方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、つぎの通りである。 (1) ピンが形成された第1の樹脂部品と前記ピンが
挿通される孔が形成された第2の樹脂部品とを超音波振
動が伝達される超音波ホーンを用いて接合する超音波接
合方法であって、前記第1の樹脂部品のピンを前記第2
の樹脂部品の孔に挿通して前記第1の樹脂部品と前記第
2の樹脂部品を位置合わせする工程と、前記超音波ホー
ンを用いて、前記ピンの溶融、かしめと前記ピンまわり
での前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品の超音波
溶着との両方で、前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂
部品とを接合する工程と、を含む超音波接合方法。 (2) 前記超音波ホーンによる前記ピンの溶融、かし
めが、前記超音波ホーンによる前記ピンまわりでの前記
第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品との超音波溶着と
同時かまたは先に行われる(1)記載の超音波接合方
法。 (3) 前記超音波ホーンによる前記ピンの溶融、かし
めが、前記超音波ホーンによる前記ピンまわりでの前記
第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品との超音波溶着よ
り後に行われる(1)記載の超音波接合方法。 (4) 前記超音波溶着ホーンの振幅を、両振幅で、3
0μm以上とした(1)記載の超音波接合方法。 (5) 前記超音波溶着ホーンの振動周波数を、30k
Hz以下とした(1)記載の超音波接合方法。 (6) 前記超音波溶着ホーンによるかしめ深さを、
4.5〜5.5mmとした(1)記載の超音波接合方
法。
明は、つぎの通りである。 (1) ピンが形成された第1の樹脂部品と前記ピンが
挿通される孔が形成された第2の樹脂部品とを超音波振
動が伝達される超音波ホーンを用いて接合する超音波接
合方法であって、前記第1の樹脂部品のピンを前記第2
の樹脂部品の孔に挿通して前記第1の樹脂部品と前記第
2の樹脂部品を位置合わせする工程と、前記超音波ホー
ンを用いて、前記ピンの溶融、かしめと前記ピンまわり
での前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品の超音波
溶着との両方で、前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂
部品とを接合する工程と、を含む超音波接合方法。 (2) 前記超音波ホーンによる前記ピンの溶融、かし
めが、前記超音波ホーンによる前記ピンまわりでの前記
第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品との超音波溶着と
同時かまたは先に行われる(1)記載の超音波接合方
法。 (3) 前記超音波ホーンによる前記ピンの溶融、かし
めが、前記超音波ホーンによる前記ピンまわりでの前記
第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品との超音波溶着よ
り後に行われる(1)記載の超音波接合方法。 (4) 前記超音波溶着ホーンの振幅を、両振幅で、3
0μm以上とした(1)記載の超音波接合方法。 (5) 前記超音波溶着ホーンの振動周波数を、30k
Hz以下とした(1)記載の超音波接合方法。 (6) 前記超音波溶着ホーンによるかしめ深さを、
4.5〜5.5mmとした(1)記載の超音波接合方
法。
【0005】上記(1)の超音波接合方法では、第1の
樹脂部品と第2の樹脂部品とは、かしめと超音波溶着と
の2つで接合されるので、かしめだけ、または超音波溶
着だけ、の場合に比べて、接合強度が増大する。上記
(2)の超音波接合方法では、超音波ホーンをピン先端
に押し付けてピン先端を溶融させ、かしめながら、さら
に超音波ホーンを移動させて第1の樹脂部品と第2の樹
脂部品とを溶着させることができるので、超音波ホーン
の1回のストロークでかしめと超音波溶着とを達成で
き、作業性、サイクルタイムを向上できる。上記(3)
の超音波接合方法のように、先に超音波溶着を行ってお
き、その後、ピンのかしめを行ってもよい。上記(4)
の超音波溶着方法では、超音波溶着ホーンの両振幅を、
30μm以上としたので、振幅の高い方が振動が伝わり
やすく溶融しやすいため、大きい超音波接合強度と良好
な超音波かしめ性が確保される。上記(5)の超音波溶
着方法では、超音波溶着の周波数を30kHz以下とし
たので、大きな超音波接合強度が安定して得られる。上
記(6)の超音波溶着方法では、超音波溶着ホーンによ
るかしめ深さを、4.5〜5.5mmとしたので、大き
な超音波接合強度が安定して得られる。
樹脂部品と第2の樹脂部品とは、かしめと超音波溶着と
の2つで接合されるので、かしめだけ、または超音波溶
着だけ、の場合に比べて、接合強度が増大する。上記
(2)の超音波接合方法では、超音波ホーンをピン先端
に押し付けてピン先端を溶融させ、かしめながら、さら
に超音波ホーンを移動させて第1の樹脂部品と第2の樹
脂部品とを溶着させることができるので、超音波ホーン
の1回のストロークでかしめと超音波溶着とを達成で
き、作業性、サイクルタイムを向上できる。上記(3)
の超音波接合方法のように、先に超音波溶着を行ってお
き、その後、ピンのかしめを行ってもよい。上記(4)
の超音波溶着方法では、超音波溶着ホーンの両振幅を、
30μm以上としたので、振幅の高い方が振動が伝わり
やすく溶融しやすいため、大きい超音波接合強度と良好
な超音波かしめ性が確保される。上記(5)の超音波溶
着方法では、超音波溶着の周波数を30kHz以下とし
たので、大きな超音波接合強度が安定して得られる。上
記(6)の超音波溶着方法では、超音波溶着ホーンによ
るかしめ深さを、4.5〜5.5mmとしたので、大き
な超音波接合強度が安定して得られる。
【0006】
【発明の実施の形態】図1〜図16は本発明実施例の超
音波接合方法を実施する装置と超音波接合されるワーク
3、4(第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4)を示し
ている。図2〜図10に示すように、本発明実施例の超
音波溶着方法を実施する装置は、第1の樹脂部品3と第
2の樹脂部品4とを超音波接合する、超音波振動が伝達
される超音波ホーン1、2を有している。超音波接合
は、超音波かしめと超音波溶着の両方を含んでいる。超
音波かしめを行う超音波ホーン1と超音波溶着を行う超
音波ホーン2とは、別々の超音波ホーンであってもよい
し、あるいは同一の超音波ホーンであってもよい(すな
わち、同一の超音波ホーンを用いて超音波かしめと超音
波溶着の両方を行ってもよい)。
音波接合方法を実施する装置と超音波接合されるワーク
3、4(第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4)を示し
ている。図2〜図10に示すように、本発明実施例の超
音波溶着方法を実施する装置は、第1の樹脂部品3と第
2の樹脂部品4とを超音波接合する、超音波振動が伝達
される超音波ホーン1、2を有している。超音波接合
は、超音波かしめと超音波溶着の両方を含んでいる。超
音波かしめを行う超音波ホーン1と超音波溶着を行う超
音波ホーン2とは、別々の超音波ホーンであってもよい
し、あるいは同一の超音波ホーンであってもよい(すな
わち、同一の超音波ホーンを用いて超音波かしめと超音
波溶着の両方を行ってもよい)。
【0007】超音波溶着では、超音波振動子とブースタ
と超音波ホーン1、2とを直列に連結したものからなる
超音波部を移動・加圧装置(たとえば、エアシリンダ、
液圧シリンダ、モータ、など)で第1、第2の樹脂部品
3、4に対して移動させ、当接・加圧して、第1の樹脂
部品3のピン5をかしめ、第1、第2の樹脂部品3、4
を超音波溶着する。超音波振動子の振動振幅はブースタ
によって増減され、ブースタから超音波ホーン1、2に
伝達される。超音波ホーン1、2は、ブースタとの連結
側の端部でブースタから加圧力を受けるとともに、ブー
スタから超音波振動を受ける。ブースタからの振動を伝
達されて超音波ホーン1、2は軸方向(図の上下方向)
に伸縮する。超音波ホーン1、2は、第1、第2の樹脂
部品3、4との当接側の端部で、たとえば10〜100
μm伸縮する。超音波ホーン1、2の材質は、加圧状態
で超音波振動を受けて弾性的に伸縮するものであればよ
く、従来の超音波ホーンの材質であってもよく、たとえ
ば、鉄、アルミ、チタン、またはこれらの金属の合金、
等からなる。
と超音波ホーン1、2とを直列に連結したものからなる
超音波部を移動・加圧装置(たとえば、エアシリンダ、
液圧シリンダ、モータ、など)で第1、第2の樹脂部品
3、4に対して移動させ、当接・加圧して、第1の樹脂
部品3のピン5をかしめ、第1、第2の樹脂部品3、4
を超音波溶着する。超音波振動子の振動振幅はブースタ
によって増減され、ブースタから超音波ホーン1、2に
伝達される。超音波ホーン1、2は、ブースタとの連結
側の端部でブースタから加圧力を受けるとともに、ブー
スタから超音波振動を受ける。ブースタからの振動を伝
達されて超音波ホーン1、2は軸方向(図の上下方向)
に伸縮する。超音波ホーン1、2は、第1、第2の樹脂
部品3、4との当接側の端部で、たとえば10〜100
μm伸縮する。超音波ホーン1、2の材質は、加圧状態
で超音波振動を受けて弾性的に伸縮するものであればよ
く、従来の超音波ホーンの材質であってもよく、たとえ
ば、鉄、アルミ、チタン、またはこれらの金属の合金、
等からなる。
【0008】第1の樹脂部品3は第1の樹脂部品3に一
体に形成されたピン5を有しており、第2の樹脂部品4
は孔6を有している。ピン5はピン5より大径の円柱状
の基部8の上端面より上方に向かって延びている。ピン
5はかしめ前には円柱状であり、先細りのテーパがつい
ていてもよい。ピン5は孔6を挿通しており、ピン5の
先端部はかしめられてピン5のかしめられていない部分
より半径方向に膨出して頭部5aを形成しており、頭部
5aとピン5の根元の第1の樹脂部品3の基部8の上面
10との間に第2の樹脂部品4の孔6周縁部11を抜け
外れ不能に保持している。第1の樹脂部品3と第2の樹
脂部品4は、ピン5のまわり7(面10が対向する面と
当接する部位)で当接され加圧されて超音波溶着され
る。第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4との固定はか
しめと超音波溶着の両方で行われている。
体に形成されたピン5を有しており、第2の樹脂部品4
は孔6を有している。ピン5はピン5より大径の円柱状
の基部8の上端面より上方に向かって延びている。ピン
5はかしめ前には円柱状であり、先細りのテーパがつい
ていてもよい。ピン5は孔6を挿通しており、ピン5の
先端部はかしめられてピン5のかしめられていない部分
より半径方向に膨出して頭部5aを形成しており、頭部
5aとピン5の根元の第1の樹脂部品3の基部8の上面
10との間に第2の樹脂部品4の孔6周縁部11を抜け
外れ不能に保持している。第1の樹脂部品3と第2の樹
脂部品4は、ピン5のまわり7(面10が対向する面と
当接する部位)で当接され加圧されて超音波溶着され
る。第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4との固定はか
しめと超音波溶着の両方で行われている。
【0009】図4〜図8に示すように、ピン5の根元の
第1の樹脂部品3の基部8の上面10には少なくとも1
つの環状の溶着用突起12が形成されていてもよい。同
様に、第2の樹脂部品4の孔6周縁部11の下面には少
なくとも1つの環状の溶着用突起13が形成されていて
もよい。また、図8に示すように、溶着方突起に対向し
て、溶着用突起を干渉しながら受け入れる溶着用凹部1
4が形成されていてもよい。また、溶着面の少なくとも
一方に、超音波溶着時に発生する溶着ばりを溜めて吸収
するばり溜まり15が形成されていてもよい。
第1の樹脂部品3の基部8の上面10には少なくとも1
つの環状の溶着用突起12が形成されていてもよい。同
様に、第2の樹脂部品4の孔6周縁部11の下面には少
なくとも1つの環状の溶着用突起13が形成されていて
もよい。また、図8に示すように、溶着方突起に対向し
て、溶着用突起を干渉しながら受け入れる溶着用凹部1
4が形成されていてもよい。また、溶着面の少なくとも
一方に、超音波溶着時に発生する溶着ばりを溜めて吸収
するばり溜まり15が形成されていてもよい。
【0010】図1に示すように、第1の樹脂部品3は、
たとえば樹脂インテークマニホールドのポート部ロアー
からなり、第2の樹脂部品4は樹脂インテークマニホー
ルドのポート部インナーからなる。ただし、第1の樹脂
部品3は、樹脂インテークマニホールドのポート部ロア
ーに限るものではなく、第2の樹脂部品4は樹脂インテ
ークマニホールドのポート部インナーに限るものではな
い。18は係合用リブであり、9はエンジンインテーク
マニホールドの各気筒につながるポートである。
たとえば樹脂インテークマニホールドのポート部ロアー
からなり、第2の樹脂部品4は樹脂インテークマニホー
ルドのポート部インナーからなる。ただし、第1の樹脂
部品3は、樹脂インテークマニホールドのポート部ロア
ーに限るものではなく、第2の樹脂部品4は樹脂インテ
ークマニホールドのポート部インナーに限るものではな
い。18は係合用リブであり、9はエンジンインテーク
マニホールドの各気筒につながるポートである。
【0011】第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4は、
樹脂または繊維強化樹脂からなる。樹脂は、たとえば熱
可塑性樹脂からなる(ただし、熱可塑性樹脂に限るもの
ではない)。樹脂は、たとえば、ポリアミド6、ポリア
ミド66である。また、強化繊維は、たとえばガラス繊
維からなる(ただし、ガラス繊維に限るものではな
い)。
樹脂または繊維強化樹脂からなる。樹脂は、たとえば熱
可塑性樹脂からなる(ただし、熱可塑性樹脂に限るもの
ではない)。樹脂は、たとえば、ポリアミド6、ポリア
ミド66である。また、強化繊維は、たとえばガラス繊
維からなる(ただし、ガラス繊維に限るものではな
い)。
【0012】ガラス繊維入りポリアミド6または66
は、圧縮強度が高く、超音波かしめ時に、超音波ホーン
1、2の先端の摩耗が激しい。そのため、超音波ホーン
1、2の取替や先端部の補修に時間がかかり稼働率が低
下することがある。それを抑制するために、図9に示す
ように、鋼製またはアルミ製またはチタン製の超音波ホ
ーン1、2の先端に、WC(タングステンカーバイド)
の部材16をろう付け等により固定するか、または図1
0に示すように、鋼製またはアルミ製またはチタン製の
超音波ホーン1、2の先端に円柱状の穴を設け、そこに
WC(タングステンカーバイド)の円柱部材17をろう
付けして、超音波ホーン1、2の耐摩耗性を向上させる
ことが望ましい。
は、圧縮強度が高く、超音波かしめ時に、超音波ホーン
1、2の先端の摩耗が激しい。そのため、超音波ホーン
1、2の取替や先端部の補修に時間がかかり稼働率が低
下することがある。それを抑制するために、図9に示す
ように、鋼製またはアルミ製またはチタン製の超音波ホ
ーン1、2の先端に、WC(タングステンカーバイド)
の部材16をろう付け等により固定するか、または図1
0に示すように、鋼製またはアルミ製またはチタン製の
超音波ホーン1、2の先端に円柱状の穴を設け、そこに
WC(タングステンカーバイド)の円柱部材17をろう
付けして、超音波ホーン1、2の耐摩耗性を向上させる
ことが望ましい。
【0013】つぎに、上記装置、ワークを用いて実施さ
れる本発明実施例の超音波接合方法を、図1〜図16を
参照して、説明する。本発明実施例の超音波溶着方法
は、たとえば図2、図3に示すように、ピン5が形成さ
れた第1の樹脂部品3とピン5が挿通される孔6が形成
された第2の樹脂部品4とを超音波振動が伝達される超
音波ホーン1、2を用いて接合する超音波接合方法であ
って、第1の樹脂部品3のピン5を第2の樹脂部品4の
孔6に挿通して第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4を
位置合わせする工程と、超音波ホーン1、2を用いて、
ピン5の溶融、かしめとピン5まわりでの第1の樹脂部
品3と第2の樹脂部品4の超音波溶着との両方で、第1
の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とを接合する工程と、
を含む。第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とは、樹
脂製、または繊維強化樹脂である。樹脂はたとえば熱可
塑性樹脂で、たとえばポリアミド6、66であり、繊維
はたとえばガラス繊維である。
れる本発明実施例の超音波接合方法を、図1〜図16を
参照して、説明する。本発明実施例の超音波溶着方法
は、たとえば図2、図3に示すように、ピン5が形成さ
れた第1の樹脂部品3とピン5が挿通される孔6が形成
された第2の樹脂部品4とを超音波振動が伝達される超
音波ホーン1、2を用いて接合する超音波接合方法であ
って、第1の樹脂部品3のピン5を第2の樹脂部品4の
孔6に挿通して第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4を
位置合わせする工程と、超音波ホーン1、2を用いて、
ピン5の溶融、かしめとピン5まわりでの第1の樹脂部
品3と第2の樹脂部品4の超音波溶着との両方で、第1
の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とを接合する工程と、
を含む。第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4とは、樹
脂製、または繊維強化樹脂である。樹脂はたとえば熱可
塑性樹脂で、たとえばポリアミド6、66であり、繊維
はたとえばガラス繊維である。
【0014】図11は、本発明実施例の超音波かしめと
超音波溶着の両方による超音波接合の接合強度と、従来
のかしめのみによる超音波接合の接合強度との比較を示
している。本発明実施例の方が、超音波溶着が加わった
ため、接合強度が増大している。さらに詳しくは、従来
の破断は、 イ)かしめ深さが不十分な場合、図17に示すように、
かしめた頭部25aに破断が生じ、破断面積が小のた
め、十分な接合強度が得られない。 ロ)かしめ深さが十分な場合、図18に示すように、ピ
ン25の母材破壊となり、かしめ強度は最大となるが、
接合強度としては低い。これに対し、本発明実施例で
は、破断は、 ハ)突起を利用した図2〜図7の超音波溶着の場合、図
15に示すように、ピン5の付け根の母材破壊とそのま
わり7の溶着破壊(破壊部を19で示す)となり、破壊
面積が大となるため接合強度が大幅に高くなる。 ニ)突起と凹部を利用した図8の超音波溶着の場合、図
16に示すように、ピン5の付け根の母材破壊とそのま
わり7の上下方向の溶着破壊(破壊部を20で示す)と
なり、破壊面積が大となるため接合強度が大幅に高くな
る。 図11はこれをグラフにして示しており、図11中の
イ、ロ、ハ、ニは上記のイ、ロ、ハ、ニに対応する。図
11からわかるように、従来においては、あるかしめ深
さにおいて接合強度は最大であったが、本発明実施例で
は、超音波かしめと超音波溶着の併用により、その同じ
かしめ深さにおいて、約2倍の接合強度を出すことがで
きる。これは、本発明実施例では、従来に比べて溶着強
度分、接合強度が増加したからである。
超音波溶着の両方による超音波接合の接合強度と、従来
のかしめのみによる超音波接合の接合強度との比較を示
している。本発明実施例の方が、超音波溶着が加わった
ため、接合強度が増大している。さらに詳しくは、従来
の破断は、 イ)かしめ深さが不十分な場合、図17に示すように、
かしめた頭部25aに破断が生じ、破断面積が小のた
め、十分な接合強度が得られない。 ロ)かしめ深さが十分な場合、図18に示すように、ピ
ン25の母材破壊となり、かしめ強度は最大となるが、
接合強度としては低い。これに対し、本発明実施例で
は、破断は、 ハ)突起を利用した図2〜図7の超音波溶着の場合、図
15に示すように、ピン5の付け根の母材破壊とそのま
わり7の溶着破壊(破壊部を19で示す)となり、破壊
面積が大となるため接合強度が大幅に高くなる。 ニ)突起と凹部を利用した図8の超音波溶着の場合、図
16に示すように、ピン5の付け根の母材破壊とそのま
わり7の上下方向の溶着破壊(破壊部を20で示す)と
なり、破壊面積が大となるため接合強度が大幅に高くな
る。 図11はこれをグラフにして示しており、図11中の
イ、ロ、ハ、ニは上記のイ、ロ、ハ、ニに対応する。図
11からわかるように、従来においては、あるかしめ深
さにおいて接合強度は最大であったが、本発明実施例で
は、超音波かしめと超音波溶着の併用により、その同じ
かしめ深さにおいて、約2倍の接合強度を出すことがで
きる。これは、本発明実施例では、従来に比べて溶着強
度分、接合強度が増加したからである。
【0015】超音波かしめと超音波溶着の実行順序は、
同時でも非同時でもよく、また何れを先に実行してもよ
い。図2に示す実施例では、超音波ホーン1、2による
ピン5の溶融、かしめが、超音波ホーン1、2によるピ
ンまわり7での第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4と
の超音波溶着と同時かまたは先に行われる。すなわち、
ピン5の先端を超音波ホーン1を用いて超音波溶融・か
しめし、ついでピン5をさらに溶融させながら超音波ホ
ーン1をさらに下降させ、第2の樹脂部品4の穴6のま
わりの部分11を第1の樹脂部品3のピン5のまわりの
面10に超音波溶着する。この場合には、同一の超音波
ホーン1を用いて、超音波かしめと超音波溶着を実行で
きる。また、超音波かしめと超音波溶着とは、超音波ホ
ーン1の同じ下降ストロークにおいて、行うことができ
る。そのため、作業性、サイクルタイムを向上できる。
同時でも非同時でもよく、また何れを先に実行してもよ
い。図2に示す実施例では、超音波ホーン1、2による
ピン5の溶融、かしめが、超音波ホーン1、2によるピ
ンまわり7での第1の樹脂部品3と第2の樹脂部品4と
の超音波溶着と同時かまたは先に行われる。すなわち、
ピン5の先端を超音波ホーン1を用いて超音波溶融・か
しめし、ついでピン5をさらに溶融させながら超音波ホ
ーン1をさらに下降させ、第2の樹脂部品4の穴6のま
わりの部分11を第1の樹脂部品3のピン5のまわりの
面10に超音波溶着する。この場合には、同一の超音波
ホーン1を用いて、超音波かしめと超音波溶着を実行で
きる。また、超音波かしめと超音波溶着とは、超音波ホ
ーン1の同じ下降ストロークにおいて、行うことができ
る。そのため、作業性、サイクルタイムを向上できる。
【0016】また、図3に示す実施例では、超音波ホー
ン1、2によるピン5の溶融、かしめが、超音波ホーン
1、2によるピンまわり7での第1の樹脂部品3と第2
の樹脂部品4との超音波溶着より後に行われる。すなわ
ち、超音波ホーン2を用いて第1の樹脂部品3と第2の
樹脂部品4との超音波溶着を実行し、ついて別の超音波
ホーン1を用いてピン5の先端を超音波溶融・かしめす
る。この場合には、別工程でかしめと超音波溶着を実行
するので、各々の工程で最適の加圧力を与えることがで
き、制御が容易である。
ン1、2によるピン5の溶融、かしめが、超音波ホーン
1、2によるピンまわり7での第1の樹脂部品3と第2
の樹脂部品4との超音波溶着より後に行われる。すなわ
ち、超音波ホーン2を用いて第1の樹脂部品3と第2の
樹脂部品4との超音波溶着を実行し、ついて別の超音波
ホーン1を用いてピン5の先端を超音波溶融・かしめす
る。この場合には、別工程でかしめと超音波溶着を実行
するので、各々の工程で最適の加圧力を与えることがで
き、制御が容易である。
【0017】また、信頼性の高い超音波溶着を行うため
に、ピン5の根元の第1の樹脂部品3の面10には溶着
用突起12が形成されていてもよいし、第2の樹脂部品
4の孔6周縁部11には溶着用突起13が形成されてい
てもよい。図4の例では、第2の樹脂部品4の孔6周縁
部11に、溶着用突起13が形成されていて、超音波溶
着が実行される場合を示している。図5の例では、ピン
5の根元の第1の樹脂部品3の面10に、溶着用突起1
2が形成されていて、超音波溶着が実行される場合を示
している。図6の例では、第2の樹脂部品4の孔6周縁
部11に、環状の溶着用突起13が1つ形成されてお
り、ピン5の根元の第1の樹脂部品3の面10に、環状
の溶着用突起12が1つ形成されていて、超音波溶着が
実行される場合を示している。図7の例では、第2の樹
脂部品4の孔6周縁部11に、環状の溶着用突起13が
1つ形成されており、ピン5の根元の第1の樹脂部品3
の面10に、環状の溶着用突起12が2つ形成されてい
て、超音波溶着が実行される場合を示している。突起1
3は2つの突起12の間に嵌入される。図8の例では、
第2の樹脂部品4の孔6周縁部11に、環状の溶着用突
起13が1つ形成されており、ピン5の根元の第1の樹
脂部品3の面10に、環状の凹部14が1つ形成されて
いて、超音波溶着が実行される場合を示している。突起
13は凹部14に嵌入される。溶着ばりはばり溜まり1
5内に溜められ吸収される。
に、ピン5の根元の第1の樹脂部品3の面10には溶着
用突起12が形成されていてもよいし、第2の樹脂部品
4の孔6周縁部11には溶着用突起13が形成されてい
てもよい。図4の例では、第2の樹脂部品4の孔6周縁
部11に、溶着用突起13が形成されていて、超音波溶
着が実行される場合を示している。図5の例では、ピン
5の根元の第1の樹脂部品3の面10に、溶着用突起1
2が形成されていて、超音波溶着が実行される場合を示
している。図6の例では、第2の樹脂部品4の孔6周縁
部11に、環状の溶着用突起13が1つ形成されてお
り、ピン5の根元の第1の樹脂部品3の面10に、環状
の溶着用突起12が1つ形成されていて、超音波溶着が
実行される場合を示している。図7の例では、第2の樹
脂部品4の孔6周縁部11に、環状の溶着用突起13が
1つ形成されており、ピン5の根元の第1の樹脂部品3
の面10に、環状の溶着用突起12が2つ形成されてい
て、超音波溶着が実行される場合を示している。突起1
3は2つの突起12の間に嵌入される。図8の例では、
第2の樹脂部品4の孔6周縁部11に、環状の溶着用突
起13が1つ形成されており、ピン5の根元の第1の樹
脂部品3の面10に、環状の凹部14が1つ形成されて
いて、超音波溶着が実行される場合を示している。突起
13は凹部14に嵌入される。溶着ばりはばり溜まり1
5内に溜められ吸収される。
【0018】また、十分な溶着強度を確保するために、
以下の条件を満足して、超音波接合(超音波かしめ+超
音波溶着)が実行されることが望ましい。以下の条件
は、樹脂または繊維強化樹脂(たとえば、ガラス繊維強
化ポリアミド6、66等、ただし、それに限るものでは
ない)からなる、第1および第2の樹脂部品3、4を用
いて、試験により、求められた。
以下の条件を満足して、超音波接合(超音波かしめ+超
音波溶着)が実行されることが望ましい。以下の条件
は、樹脂または繊維強化樹脂(たとえば、ガラス繊維強
化ポリアミド6、66等、ただし、それに限るものでは
ない)からなる、第1および第2の樹脂部品3、4を用
いて、試験により、求められた。
【0019】第1の条件として、超音波溶着ホーン1、
2の振幅が、両振幅で、30μm以上であることが望ま
しい。図12は、両振幅量を種々に変化させた場合の超
音波かしめ性と超音波溶着性を測定した結果を示してい
る。図12からわかるように、超音波かしめ性と超音波
溶着性は両振幅量が30μm以上で安定して良好であ
る。この結果、両振幅量が30μm以上で高い接合強度
が得られる。これは、振幅が高い程、溶着部振動の伝達
がよく、かつかしめ部の溶融がよいからである。
2の振幅が、両振幅で、30μm以上であることが望ま
しい。図12は、両振幅量を種々に変化させた場合の超
音波かしめ性と超音波溶着性を測定した結果を示してい
る。図12からわかるように、超音波かしめ性と超音波
溶着性は両振幅量が30μm以上で安定して良好であ
る。この結果、両振幅量が30μm以上で高い接合強度
が得られる。これは、振幅が高い程、溶着部振動の伝達
がよく、かつかしめ部の溶融がよいからである。
【0020】第2の条件として、超音波溶着ホーン1、
2の振動周波数が、30kHz以下であることが望まし
い。図13は、超音波の周波数を種々に変化させた場合
の超音波かしめ性と超音波溶着性を測定した結果を示し
ている。図13からわかるように、30kHz以下(た
とえば、20kHz)の方が30kHz以上(たとえ
ば、40kHz)に比べて超音波かしめ性は悪いが、超
音波溶着性が非常に高いので、和でみると、図14に示
すように、30kHz以下(たとえば、20kHz)の
方が30kHz以上(たとえば、40kHz)に比べて
超音波接合強度が上がる。
2の振動周波数が、30kHz以下であることが望まし
い。図13は、超音波の周波数を種々に変化させた場合
の超音波かしめ性と超音波溶着性を測定した結果を示し
ている。図13からわかるように、30kHz以下(た
とえば、20kHz)の方が30kHz以上(たとえ
ば、40kHz)に比べて超音波かしめ性は悪いが、超
音波溶着性が非常に高いので、和でみると、図14に示
すように、30kHz以下(たとえば、20kHz)の
方が30kHz以上(たとえば、40kHz)に比べて
超音波接合強度が上がる。
【0021】第3の条件として、超音波かしめ深さが、
4.5〜5.5mmであることが望ましい。ここで、超
音波かしめ深さとは、超音波かしめ前のピン5の先端
と、超音波かしめ後のかしめられたピンの頭部5aの先
端との間の距離をいう。図11は、超音波かしめ深さを
種々に変化させた場合の超音波接合強度を測定した結果
を示している。図11からわかるように、超音波かしめ
深さが、4.5〜5.5mmで、安定した最大超音波接
合強度が得られる。
4.5〜5.5mmであることが望ましい。ここで、超
音波かしめ深さとは、超音波かしめ前のピン5の先端
と、超音波かしめ後のかしめられたピンの頭部5aの先
端との間の距離をいう。図11は、超音波かしめ深さを
種々に変化させた場合の超音波接合強度を測定した結果
を示している。図11からわかるように、超音波かしめ
深さが、4.5〜5.5mmで、安定した最大超音波接
合強度が得られる。
【0022】
【発明の効果】請求項1の超音波接合方法によれば、第
1の樹脂部品と第2の樹脂部品とを、かしめと超音波溶
着との2つで接合するので、かしめだけ、または超音波
溶着だけ、の場合に比べて、接合強度が増大できる。請
求項2の超音波接合方法によれば、超音波ホーンをピン
先端に押し付けてピン先端を溶融させ、かしめながら、
さらに超音波ホーンを移動させて第1の樹脂部品と第2
の樹脂部品とを溶着させることができるので、超音波ホ
ーンの1回のストロークでかしめと超音波溶着とを達成
でき、作業性、サイクルタイムを向上できる。請求項3
の超音波接合方法によれば、超音波溶着とピンのかしめ
を別々に行うことができ、条件を自由に設定しやすい。
請求項4の超音波接合方法によれば、超音波溶着ホーン
の両振幅を、30μm以上としたので、大きい超音波接
合強度と良好な超音波かしめ性を確保できる。請求項5
の超音波接合方法によれば、超音波溶着の周波数を30
kHz以下としたので、大きな超音波接合強度を安定し
て得ることができる。請求項6の超音波接合方法によれ
ば、超音波溶着ホーンによるかしめ深さを、4.5〜
5.5mmとしたので、大きな超音波接合強度が安定し
て得ることができる。
1の樹脂部品と第2の樹脂部品とを、かしめと超音波溶
着との2つで接合するので、かしめだけ、または超音波
溶着だけ、の場合に比べて、接合強度が増大できる。請
求項2の超音波接合方法によれば、超音波ホーンをピン
先端に押し付けてピン先端を溶融させ、かしめながら、
さらに超音波ホーンを移動させて第1の樹脂部品と第2
の樹脂部品とを溶着させることができるので、超音波ホ
ーンの1回のストロークでかしめと超音波溶着とを達成
でき、作業性、サイクルタイムを向上できる。請求項3
の超音波接合方法によれば、超音波溶着とピンのかしめ
を別々に行うことができ、条件を自由に設定しやすい。
請求項4の超音波接合方法によれば、超音波溶着ホーン
の両振幅を、30μm以上としたので、大きい超音波接
合強度と良好な超音波かしめ性を確保できる。請求項5
の超音波接合方法によれば、超音波溶着の周波数を30
kHz以下としたので、大きな超音波接合強度を安定し
て得ることができる。請求項6の超音波接合方法によれ
ば、超音波溶着ホーンによるかしめ深さを、4.5〜
5.5mmとしたので、大きな超音波接合強度が安定し
て得ることができる。
【図1】本発明実施例の超音波接合方法により接合され
た第1の樹脂部品と第2の樹脂部品を含む装置の断面図
である。
た第1の樹脂部品と第2の樹脂部品を含む装置の断面図
である。
【図2】図1の装置の一部であって超音波かしめが超音
波溶着と同時か先に行われる場合の断面図である。
波溶着と同時か先に行われる場合の断面図である。
【図3】図1の装置の一部であって超音波かしめが超音
波溶着の後に行われる場合の断面図である。
波溶着の後に行われる場合の断面図である。
【図4】図1の装置の一部であって第2の樹脂部品に溶
着用突起が形成されている場合の断面図である。
着用突起が形成されている場合の断面図である。
【図5】図1の装置の一部であって第1の樹脂部品に溶
着用突起が形成されている場合の断面図である。
着用突起が形成されている場合の断面図である。
【図6】図1の装置の一部であって第1の樹脂部品と第
2の樹脂部品に溶着用突起が形成されている場合の断面
図である。
2の樹脂部品に溶着用突起が形成されている場合の断面
図である。
【図7】図1の装置の一部であって第1の樹脂部品と第
2の樹脂部品に溶着用突起が形成されており一方の樹脂
部品の溶着用突起は複数形成されている場合の断面図で
ある。
2の樹脂部品に溶着用突起が形成されており一方の樹脂
部品の溶着用突起は複数形成されている場合の断面図で
ある。
【図8】図1の装置の一部であって第2の樹脂部品に溶
着用突起が形成されており第1の樹脂部品に凹部が形成
されている場合の断面図である。
着用突起が形成されており第1の樹脂部品に凹部が形成
されている場合の断面図である。
【図9】本発明実施例の超音波接合方法における、超音
波ホーン先端がタングステンカーバイド部材から構成さ
れている場合の断面図である。
波ホーン先端がタングステンカーバイド部材から構成さ
れている場合の断面図である。
【図10】本発明実施例の超音波接合方法における、超
音波ホーン先端にタングステンカーバイド部材を装着し
た場合の断面図である。
音波ホーン先端にタングステンカーバイド部材を装着し
た場合の断面図である。
【図11】本発明実施例の超音波接合方法における、か
しめ深さと、接合強度との、関係を示すグラフである。
しめ深さと、接合強度との、関係を示すグラフである。
【図12】本発明実施例の超音波接合方法における、超
音波両振幅と、超音波かしめ性および超音波溶着性と
の、関係を示すグラフである。
音波両振幅と、超音波かしめ性および超音波溶着性と
の、関係を示すグラフである。
【図13】本発明実施例の超音波接合方法における、超
音波周波数と、超音波かしめ性および超音波溶着性と
の、関係を示すグラフである。
音波周波数と、超音波かしめ性および超音波溶着性と
の、関係を示すグラフである。
【図14】本発明実施例の超音波接合方法における、超
音波周波数と超音波接合強度との関係を示すグラフであ
る。
音波周波数と超音波接合強度との関係を示すグラフであ
る。
【図15】本発明実施例(図2〜図7)の超音波接合方
法で接合した装置の破断箇所を示す断面図である。
法で接合した装置の破断箇所を示す断面図である。
【図16】本発明実施例(図8)の超音波接合方法で接
合した装置の破断箇所を示す断面図である。
合した装置の破断箇所を示す断面図である。
【図17】従来の超音波かしめのみにより接合した装置
でかしめ深さが不十分な場合の破断箇所を示す断面図で
ある。
でかしめ深さが不十分な場合の破断箇所を示す断面図で
ある。
【図18】従来の超音波かしめのみにより接合した装置
でかしめ深さが適切な場合の破断箇所を示す断面図であ
る。
でかしめ深さが適切な場合の破断箇所を示す断面図であ
る。
1 超音波ホーン 2 超音波ホーン 3 第1の樹脂部品 4 第2の樹脂部品 5 ピン 5a 頭部 6 孔 7 ピンのまわりの部分 8 基部 9 ポート 10 基部の上面 11 孔周囲部 12、13 溶着用突起 14 溶着用凹部 15 ばり溜まり 16 タングステンカーバイド部材 17 円柱部材 18 係合用突起
Claims (6)
- 【請求項1】 ピンが形成された第1の樹脂部品と前記
ピンが挿通される孔が形成された第2の樹脂部品とを超
音波振動が伝達される超音波ホーンを用いて接合する超
音波接合方法であって、 前記第1の樹脂部品のピンを前記第2の樹脂部品の孔に
挿通して前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品を位
置合わせする工程と、 前記超音波ホーンを用いて、前記ピンの溶融、かしめと
前記ピンまわりでの前記第1の樹脂部品と前記第2の樹
脂部品の超音波溶着との両方で、前記第1の樹脂部品と
前記第2の樹脂部品とを接合する工程と、を含む超音波
接合方法。 - 【請求項2】 前記超音波ホーンによる前記ピンの溶
融、かしめが、前記超音波ホーンによる前記ピンまわり
での前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品との超音
波溶着と同時かまたは先に行われる請求項1記載の超音
波接合方法。 - 【請求項3】 前記超音波ホーンによる前記ピンの溶
融、かしめが、前記超音波ホーンによる前記ピンまわり
での前記第1の樹脂部品と前記第2の樹脂部品との超音
波溶着より後に行われる請求項1記載の超音波接合方
法。 - 【請求項4】 前記超音波溶着ホーンの振幅を、両振幅
で、30μm以上とした請求項1記載の超音波接合方
法。 - 【請求項5】 前記超音波溶着ホーンの振動周波数を、
30kHz以下とした請求項1記載の超音波接合方法。 - 【請求項6】 前記超音波溶着ホーンによるかしめ深さ
を、4.5〜5.5mmとした請求項1記載の超音波接
合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30117698A JP3503496B2 (ja) | 1998-10-22 | 1998-10-22 | 超音波接合方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-10-22 JP JP30117698A patent/JP3503496B2/ja not_active Expired - Fee Related
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