JP2001334577A - 樹脂部材の超音波溶着方法 - Google Patents
樹脂部材の超音波溶着方法Info
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- JP2001334577A JP2001334577A JP2000157669A JP2000157669A JP2001334577A JP 2001334577 A JP2001334577 A JP 2001334577A JP 2000157669 A JP2000157669 A JP 2000157669A JP 2000157669 A JP2000157669 A JP 2000157669A JP 2001334577 A JP2001334577 A JP 2001334577A
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- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—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
- B29C66/71—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 composition of the plastics material of the parts to be joined
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- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被溶着樹脂部材を取付樹脂部材に美観を損な
わずに強固に溶着することのできる樹脂部材の超音波溶
着方法を提供する。 【解決手段】 被溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで、
外径はホーン基部８より細くて最先端が平坦なホーン先
２を有する工具ホーン１を用いて、被溶着樹脂部材３と
取付樹脂部材５との接触界面10を振動させて溶着する。
わずに強固に溶着することのできる樹脂部材の超音波溶
着方法を提供する。 【解決手段】 被溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで、
外径はホーン基部８より細くて最先端が平坦なホーン先
２を有する工具ホーン１を用いて、被溶着樹脂部材３と
取付樹脂部材５との接触界面10を振動させて溶着する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用樹脂部材
その他被溶着樹脂部材を取付樹脂部材に美観を損なわず
に強固に溶着することができる樹脂部材の超音波溶着方
法に関するものである。
その他被溶着樹脂部材を取付樹脂部材に美観を損なわず
に強固に溶着することができる樹脂部材の超音波溶着方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、自動車のポリプロピレン樹脂製
のドアトリムのボタンカラー孔を同材の封止部材で塞ぐ
場合のように、被溶着樹脂部材と取付樹脂部材とを一体
化する場合には、従来は先端の鋭く尖ったリベッティン
グ型工具ホーンを用いて超音波により溶着したり、接着
剤により接合したりしていた。しかしながら、従来のリ
ベッティング型の工具ホーンを用いた超音波溶着におい
ては、図９に示すように、工具ホーン１の先端部２は尖
り先状であったため、上方から図示しない固定ホーンに
より押圧されて降下しながら樹脂同士を溶着する工具ホ
ーン１の先端の現在位置を把握することが困難であっ
て、被溶着樹脂部材３の裏面４から押し込んだ工具ホー
ン１の先端部２が取付樹脂部材５の表面すなわち意匠面
６の近傍にまで達し、溶融した樹脂が意匠面６に溶け出
したり、工具ホーン１の先端部２が長い場合にはその先
端部２が意匠面６に突き抜けたりして、美観を損なう等
の意匠上の問題を起こすことがあった。また、このよう
なリベッティング型工具ホーンによる溶着においては、
工具ホーン１の先端部２に接触する近傍の樹脂のみが溶
融して溶融部７となり樹脂同士が接触して溶着した面積
が小さいものであったために溶着強度も低いものであっ
た。
のドアトリムのボタンカラー孔を同材の封止部材で塞ぐ
場合のように、被溶着樹脂部材と取付樹脂部材とを一体
化する場合には、従来は先端の鋭く尖ったリベッティン
グ型工具ホーンを用いて超音波により溶着したり、接着
剤により接合したりしていた。しかしながら、従来のリ
ベッティング型の工具ホーンを用いた超音波溶着におい
ては、図９に示すように、工具ホーン１の先端部２は尖
り先状であったため、上方から図示しない固定ホーンに
より押圧されて降下しながら樹脂同士を溶着する工具ホ
ーン１の先端の現在位置を把握することが困難であっ
て、被溶着樹脂部材３の裏面４から押し込んだ工具ホー
ン１の先端部２が取付樹脂部材５の表面すなわち意匠面
６の近傍にまで達し、溶融した樹脂が意匠面６に溶け出
したり、工具ホーン１の先端部２が長い場合にはその先
端部２が意匠面６に突き抜けたりして、美観を損なう等
の意匠上の問題を起こすことがあった。また、このよう
なリベッティング型工具ホーンによる溶着においては、
工具ホーン１の先端部２に接触する近傍の樹脂のみが溶
融して溶融部７となり樹脂同士が接触して溶着した面積
が小さいものであったために溶着強度も低いものであっ
た。
【０００３】一方、接着剤を用いて接着した場合には、
樹脂表面が汚れたりしていると十分な強度を確保するこ
とが困難であり、接着剤が樹脂同士の接触面からはみ出
して意匠を損なうという問題があり、後で切削除去する
等の作業を施す必要が生じコストアップの要因となって
おり、また、樹脂の乾燥のための時間を必要とし生産性
の劣るものであった。
樹脂表面が汚れたりしていると十分な強度を確保するこ
とが困難であり、接着剤が樹脂同士の接触面からはみ出
して意匠を損なうという問題があり、後で切削除去する
等の作業を施す必要が生じコストアップの要因となって
おり、また、樹脂の乾燥のための時間を必要とし生産性
の劣るものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決し、被溶着樹脂部材を取付樹脂部材に美
観を損なわずに強固に溶着するための樹脂部材の超音波
溶着方法を提供するためになされたものである。
の問題点を解決し、被溶着樹脂部材を取付樹脂部材に美
観を損なわずに強固に溶着するための樹脂部材の超音波
溶着方法を提供するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の樹脂部材の超音波溶着方法は、被
溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで、外径はホーン基部
より細くて最先端が平坦なホーン先を有する工具ホーン
を用いて、被溶着樹脂部材と取付樹脂部材との接触界面
を振動させて溶着することを特徴とするものである。な
お、工具ホーンの長さを超音波の１／２波長の整数倍と
して、超音波の振幅を拡大させて被溶着樹脂部材と取付
樹脂部材との接触界面を振動させることにより一層効率
的に溶着を行うことができ、これを請求項２に係る発明
とする。
めになされた本発明の樹脂部材の超音波溶着方法は、被
溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで、外径はホーン基部
より細くて最先端が平坦なホーン先を有する工具ホーン
を用いて、被溶着樹脂部材と取付樹脂部材との接触界面
を振動させて溶着することを特徴とするものである。な
お、工具ホーンの長さを超音波の１／２波長の整数倍と
して、超音波の振幅を拡大させて被溶着樹脂部材と取付
樹脂部材との接触界面を振動させることにより一層効率
的に溶着を行うことができ、これを請求項２に係る発明
とする。
【０００６】本発明の樹脂部材の超音波溶着方法は、工
具ホーンの形状を被溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで
基部より細くて最先端が平坦なものとしたことにより、
被溶着樹脂部材と取付樹脂部材の接触界面を振動させる
ことができ、これによって溶着強度を大幅に高めるとと
もに、溶融部の溶出といった意匠上の問題を解消するこ
とができるようにしたことに特長がある。なお、工具ホ
ーンの長さを超音波の１／２波長の整数倍として、超音
波の振幅を拡大させて被溶着樹脂部材と取付樹脂部材と
の接触界面を振動させることにより一層効率的に溶着を
行うことができる。なお、本発明において樹脂として
は、ポリプロピレン樹脂の外、ポリエチレン樹脂、ポリ
スチレン樹脂その他超音波溶着可能な熱可塑性合成樹脂
であればよい。
具ホーンの形状を被溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで
基部より細くて最先端が平坦なものとしたことにより、
被溶着樹脂部材と取付樹脂部材の接触界面を振動させる
ことができ、これによって溶着強度を大幅に高めるとと
もに、溶融部の溶出といった意匠上の問題を解消するこ
とができるようにしたことに特長がある。なお、工具ホ
ーンの長さを超音波の１／２波長の整数倍として、超音
波の振幅を拡大させて被溶着樹脂部材と取付樹脂部材と
の接触界面を振動させることにより一層効率的に溶着を
行うことができる。なお、本発明において樹脂として
は、ポリプロピレン樹脂の外、ポリエチレン樹脂、ポリ
スチレン樹脂その他超音波溶着可能な熱可塑性合成樹脂
であればよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ本発明の
好ましい実施形態を示す。図１は本発明の一実施形態を
示すものであって、工具ホーン１は、ホーン基部８と、
外径がホーン基部８の外径より細く、長さが被溶着樹脂
部材３の厚みと略同じで、最先端が平坦なホーン先２と
により構成されており、図１において、工具ホーン１は
被溶着樹脂部材３をホーン先２の上下振動により発熱さ
せて溶解しながら降下している。工具ホーン１がさらに
降下して、図２に示すように、ホーン基部８とホーン先
２とにより形成される段差部９が被溶着樹脂部材３の裏
面４に当接すると、平坦な最先端が丁度樹脂間の接触界
面１０に位置することになり、この位置でホーン先２が
上下振動することによって、ホーン基部８の下方の接触
界面１０が溶融して樹脂が相互に拡散し、図３に示すよ
うに、溶融部７を形成して被溶着樹脂部材３を取付樹脂
部材５に強固に溶着することができる。
好ましい実施形態を示す。図１は本発明の一実施形態を
示すものであって、工具ホーン１は、ホーン基部８と、
外径がホーン基部８の外径より細く、長さが被溶着樹脂
部材３の厚みと略同じで、最先端が平坦なホーン先２と
により構成されており、図１において、工具ホーン１は
被溶着樹脂部材３をホーン先２の上下振動により発熱さ
せて溶解しながら降下している。工具ホーン１がさらに
降下して、図２に示すように、ホーン基部８とホーン先
２とにより形成される段差部９が被溶着樹脂部材３の裏
面４に当接すると、平坦な最先端が丁度樹脂間の接触界
面１０に位置することになり、この位置でホーン先２が
上下振動することによって、ホーン基部８の下方の接触
界面１０が溶融して樹脂が相互に拡散し、図３に示すよ
うに、溶融部７を形成して被溶着樹脂部材３を取付樹脂
部材５に強固に溶着することができる。
【０００８】なお、工具ホーン１の長さは、図４〜５に
示すように、１／２波長（λ）の整数倍としてホーン先
２の最先端が最大振幅になるようにすることにより、樹
脂間の摩擦熱を大きくすることができて、短時間で効率
的に溶着を行うことができる。図４はホーン基部８が１
／４λ、ホーン先２が３／４λで、工具ホーン１の全長
がλであるものであり、図５はホーン基部８が１／４
λ、ホーン先２が１／４λで、工具ホーン１の全長が１
／２λであるものである。
示すように、１／２波長（λ）の整数倍としてホーン先
２の最先端が最大振幅になるようにすることにより、樹
脂間の摩擦熱を大きくすることができて、短時間で効率
的に溶着を行うことができる。図４はホーン基部８が１
／４λ、ホーン先２が３／４λで、工具ホーン１の全長
がλであるものであり、図５はホーン基部８が１／４
λ、ホーン先２が１／４λで、工具ホーン１の全長が１
／２λであるものである。
【０００９】波長λは使用する材質の音速と、使用する
周波数によって決定される。即ち、λ＝音速／周波数で
ある。なお、音速はチタンで４９００ｍ／ｓ、アルミニ
ウムで５１００ｍ／ｓ、鉄で６０００ｍ／ｓである。工
具ホーン１の振幅は先端ほど大きくなるが、振幅の拡大
倍率はホーン基部８の断面積Ｓ1 とホーン先２の最先端
の断面積Ｓ2 の比、即ちＳ1 ／Ｓ2 によって決定される
が、耐久性を考慮すると、アルミニウムで６倍、チタン
で９倍が拡大倍率の上限となる。なお、鉄は熱伝導率が
低く熱膨張が大きく、膨張した工具ホーン１においては
周波数が低下して溶着効率の低下を招くので、量産用の
工具ホーン１としては不向きである。６００Ｗの発振器
と振動子を用いて、拡大倍率６倍の工具ホーン１を使用
した場合の先端部２の最先端における振幅は、７μｍ×
６＝４２μｍとなる。樹脂としてポリプロピレン樹脂を
用いた場合には、このポリプロピレン樹脂を溶融さるた
めに必要な振幅は、周波数４０ｋＨｚで２５〜３０μｍ
であり、上記の４２μｍという振幅は損失を考慮して必
要振幅より若干大きいものとしてある。なお、周波数が
２０ｋＨｚと半分である場合には必要な振幅は５０〜６
０μｍと、周波数に反比例して大きくなる。
周波数によって決定される。即ち、λ＝音速／周波数で
ある。なお、音速はチタンで４９００ｍ／ｓ、アルミニ
ウムで５１００ｍ／ｓ、鉄で６０００ｍ／ｓである。工
具ホーン１の振幅は先端ほど大きくなるが、振幅の拡大
倍率はホーン基部８の断面積Ｓ1 とホーン先２の最先端
の断面積Ｓ2 の比、即ちＳ1 ／Ｓ2 によって決定される
が、耐久性を考慮すると、アルミニウムで６倍、チタン
で９倍が拡大倍率の上限となる。なお、鉄は熱伝導率が
低く熱膨張が大きく、膨張した工具ホーン１においては
周波数が低下して溶着効率の低下を招くので、量産用の
工具ホーン１としては不向きである。６００Ｗの発振器
と振動子を用いて、拡大倍率６倍の工具ホーン１を使用
した場合の先端部２の最先端における振幅は、７μｍ×
６＝４２μｍとなる。樹脂としてポリプロピレン樹脂を
用いた場合には、このポリプロピレン樹脂を溶融さるた
めに必要な振幅は、周波数４０ｋＨｚで２５〜３０μｍ
であり、上記の４２μｍという振幅は損失を考慮して必
要振幅より若干大きいものとしてある。なお、周波数が
２０ｋＨｚと半分である場合には必要な振幅は５０〜６
０μｍと、周波数に反比例して大きくなる。
【００１０】ホーン先２は図４〜５に示したように円柱
状のものでも、或いは、図６に示したように円錐台状の
ものでもよい。また、ホーン先２の最先端は全体的に平
坦な面であればよく、図７に示したように、平滑なも
の、粗い碁盤目状の切り込みを有するもの、あるいは細
かい碁盤目状の切り込みを有するもの等とすることがで
きる。
状のものでも、或いは、図６に示したように円錐台状の
ものでもよい。また、ホーン先２の最先端は全体的に平
坦な面であればよく、図７に示したように、平滑なも
の、粗い碁盤目状の切り込みを有するもの、あるいは細
かい碁盤目状の切り込みを有するもの等とすることがで
きる。
【００１１】本発明の樹脂部材の超音波溶着方法によ
り、図８に示す自動車ドアトリム１１のボタンカラー孔
１２を塞いだ。即ち、ボタンカラー孔１２に被溶着樹脂
部材３を当接しその部材の４ヵ所を、周波数２８ｋＨｚ
の超音波により工具ホーン１の長さを周波数に合う長さ
とし、ホーン先２の長さを被溶着樹脂部材３の厚みと同
じとして、樹脂間の接触界面を振動させて溶着部１３を
形成し、被溶着樹脂部材３を取付樹脂部材５に溶着した
ところ、１ヵ所の溶着時間約５秒と極めて短い時間で、
意匠面に溶融部が溶出したりする意匠上の不具合もな
く、従来よりも強固な溶着を施すことができた。
り、図８に示す自動車ドアトリム１１のボタンカラー孔
１２を塞いだ。即ち、ボタンカラー孔１２に被溶着樹脂
部材３を当接しその部材の４ヵ所を、周波数２８ｋＨｚ
の超音波により工具ホーン１の長さを周波数に合う長さ
とし、ホーン先２の長さを被溶着樹脂部材３の厚みと同
じとして、樹脂間の接触界面を振動させて溶着部１３を
形成し、被溶着樹脂部材３を取付樹脂部材５に溶着した
ところ、１ヵ所の溶着時間約５秒と極めて短い時間で、
意匠面に溶融部が溶出したりする意匠上の不具合もな
く、従来よりも強固な溶着を施すことができた。
【００１２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の樹脂部
材の超音波溶着方法は、被溶着樹脂部材の厚みと略同じ
長さで、外径は基部より細く、且つ、最先端が平坦な工
具ホーンを用いたことにより、被溶着樹脂部材と取付樹
脂部材の接触界面を的確に振動させることができ、これ
によって溶着強度を大幅に高めるとともに溶融部の溶出
といった意匠上の問題を解消することができる。また、
工具ホーンの長さを、超音波の１／２波長の整数倍とし
て、超音波の振幅を拡大させて被溶着樹脂部材と取付樹
脂部材との接触界面を振動させることにより一層効率的
に溶着を施すことができる。また、接着剤を用いた場合
に問題となる表面の汚染状況に関係なく、乾燥のための
時間を必要とせず短時間で溶着を行うことができる利点
がある。
材の超音波溶着方法は、被溶着樹脂部材の厚みと略同じ
長さで、外径は基部より細く、且つ、最先端が平坦な工
具ホーンを用いたことにより、被溶着樹脂部材と取付樹
脂部材の接触界面を的確に振動させることができ、これ
によって溶着強度を大幅に高めるとともに溶融部の溶出
といった意匠上の問題を解消することができる。また、
工具ホーンの長さを、超音波の１／２波長の整数倍とし
て、超音波の振幅を拡大させて被溶着樹脂部材と取付樹
脂部材との接触界面を振動させることにより一層効率的
に溶着を施すことができる。また、接着剤を用いた場合
に問題となる表面の汚染状況に関係なく、乾燥のための
時間を必要とせず短時間で溶着を行うことができる利点
がある。
【図１】被溶着樹脂部材にホーン先を挿入した工具ホー
ンを示す断面図である。
ンを示す断面図である。
【図２】工具ホーンのホーン先が樹脂の接触界面に到達
した状態を示す断面図である。
した状態を示す断面図である。
【図３】樹脂の接触界面が溶着された状態を示す断面図
である。
である。
【図４】長さが周波数（λ）と同じである工具ホーンを
示す図である。
示す図である。
【図５】長さが周波数（λ）の半分である工具ホーンを
示す図である。
示す図である。
【図６】円錐台状のホーン先を有する工具ホーンを示す
図である。
図である。
【図７】最先端の平坦部の性状を示す図である。
【図８】ドアトリムのボタンカラー孔を被溶着樹脂部材
で塞いだ状態を示す図である。
で塞いだ状態を示す図である。
【図９】従来のリベッティング型工具ホーンを用いて溶
着した状態を示す図である。
着した状態を示す図である。
１ 工具ホーン ２ ホーン先 ３ 被溶着樹脂部材 ５ 取付樹脂部材 ６ 意匠面 ７ 溶融部 ８ ホーン基部 ９ 段差部 10 接触界面 11 自動車ドアトリム 12 ボタンカラー穴 13 溶着部
Claims (2)
- 【請求項１】 被溶着樹脂部材の厚みと略同じ長さで、
外径はホーン基部より細くて最先端が平坦なホーン先を
有する工具ホーンを用いて、被溶着樹脂部材と取付樹脂
部材との接触界面を振動させて溶着することを特徴とす
る樹脂部材の超音波溶着方法。 - 【請求項２】 工具ホーンの長さを超音波の１／２波長
の整数倍として、超音波の振幅を拡大させて被溶着樹脂
部材と取付樹脂部材との接触界面を振動させる請求項１
記載の樹脂部材の超音波溶着方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000157669A JP2001334577A (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 樹脂部材の超音波溶着方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000157669A JP2001334577A (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 樹脂部材の超音波溶着方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001334577A true JP2001334577A (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=18662258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000157669A Pending JP2001334577A (ja) | 2000-05-29 | 2000-05-29 | 樹脂部材の超音波溶着方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001334577A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010115283A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Uni Charm Corp | 吸収性物品の製造方法 |
| JP2016144870A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 富士重工業株式会社 | 樹脂部材の接合方法 |
| JP2019084767A (ja) * | 2017-11-08 | 2019-06-06 | 日産自動車株式会社 | 被接合部材の接合方法 |
-
2000
- 2000-05-29 JP JP2000157669A patent/JP2001334577A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010115283A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Uni Charm Corp | 吸収性物品の製造方法 |
| JP2016144870A (ja) * | 2015-02-06 | 2016-08-12 | 富士重工業株式会社 | 樹脂部材の接合方法 |
| JP2019084767A (ja) * | 2017-11-08 | 2019-06-06 | 日産自動車株式会社 | 被接合部材の接合方法 |
| JP7050462B2 (ja) | 2017-11-08 | 2022-04-08 | 日産自動車株式会社 | 被接合部材の接合方法 |
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