JP2004058391A - 熱かしめ構造体及び熱かしめ接合方法 - Google Patents

熱かしめ構造体及び熱かしめ接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】外観品質の向上を図ることが可能な熱かしめ構造体を提供する。
【解決手段】熱かしめ構造体は、基板１ａと基板１ａの一方の面に突設したかしめ突起１ｂと隙間保持用突起１ｄとからなる熱可塑性樹脂製のかしめ部材１と、かしめ突起１ｂに嵌合される嵌合穴２ａを有する被かしめ部材２とからなる。そして、かしめ突起１ｂに嵌合穴２ａを嵌合させ、隙間保持用突起１ｄの先端と被かしめ部材２とが接触する位置に位置決めし、かしめ突起１ｂを加熱し変形させることによりかしめ部材１に被かしめ部材２をかしめて形成される。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂製の部材と他の部材とを熱かしめ接合により接合された熱かしめ構造体及びその熱かしめ接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のエアバックの開閉ドアは、熱可塑性樹脂製の板状の部材に鉄板等の補強部材をかしめて形成された構造となっている。そして、熱可塑性樹脂製の板状の部材は、一方の面が意匠面を形成し、その反対面側に補強部材が接合されている。このように形成されたエアバックの開閉ドアの従来の構成について、図面を参照して説明する。
【０００３】
エアバックの開閉ドアの断面図を図９（ａ）（ｂ）に示す。図９（ａ）に示すように、エアバックの開閉ドアは、熱可塑性樹脂製の板状の部材（以下、「かしめ部材」という）２１に補強部材（以下、「被かしめ部材」という）２２から構成されている。具体的には、かしめ部材２１は、意匠面２１ｃを有する板状の基板２１ａと、基板２１ａと一体成形されたかしめ突起２１ｂとからなる。また、被かしめ部材２２は、かしめ部材２１のかしめ突起２１ｂに嵌合する嵌合穴２２ａを有している。そして、かしめ部材２１と被かしめ部材２２とを熱かしめ接合により接合する。
【０００４】
次に、熱かしめ接合方法について説明する。まず、かしめ部材２１のかしめ突起２１ｂと被かしめ部材２２の嵌合穴２２ａとを嵌合させ、かしめ部材２１の基板２１ａと被かしめ部材２２とを接触させた状態に位置決めする。続いて、超音波加熱器２０により所定の加圧力と熱が、かしめ突起２１ｂに付与される。これにより、かしめ突起２１ｂが溶融されて変形する。その後、変形したかしめ突起２１ｂを冷却する。かしめ突起２１ｂの変形後の状態を図９（ｂ）に示す。すなわち、被かしめ部材２２は、かしめ部材２１の基板２１ａと変形したかしめ突起２１ｂとによりかしめて接合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かしめ突起２１ｂを加熱し冷却する結果、図９（ｂ）に示すように、かしめ部材２１の基板２１ａの意匠面２１ｃに凹凸形状が生じる。このことは、意匠面２１ｃの外観品質を低下させることになる。この凹凸形状が生じる原因としては、かしめ突起２１ｂを加熱し冷却することにより生じるヒケやかしめ突起２１ｂを変形させるための加圧力が意匠面２１ｃまで伝わることによるものと考えられる。
【０００６】
また、意匠面２１ｃの反対面においては、超音波加熱器２０による成形部分の外側にバリ２３が生ずる。一般に、変形後のかしめ突起２１ｂにより被かしめ部材２２を確実にかしめるため、かしめ突起２１ｂは超音波加熱器２０の成形部分の体積より大きな体積を有するようにしている。つまり、超音波加熱器２０の成形部分に収納されないかしめ突起２１ｂがバリ２３となって現れる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱かしめ接合によりかしめ部材と被かしめ部材とを接合する場合に、かしめ部材の意匠面に凹凸形状を生じさせず、意匠面の反対面にバリを生じさせないようにすることにより、外観品質を向上させることができる熱かしめ構造体及び熱かしめ接合方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、かしめ部材と被かしめ部材との間に隙間を設けて熱かしめ接合を行うことを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の熱かしめ構造体は、かしめ部材と、被かしめ部材とを有する。ここで、かしめ部材は、基板と、基板の一方の面に突設したかしめ突起と、からなる熱可塑性樹脂製の部材である。被かしめ部材は、かしめ突起に嵌合される嵌合穴を有する部材である。そして、かしめ突起に嵌合穴を嵌合させ、かしめ部材の基板と被かしめ部材との間に所定の隙間を設けて位置決めし、かしめ突起を加熱し変形させることによりかしめ部材に被かしめ部材をかしめて形成されることを特徴とする。
【００１０】
つまり、かしめ部材と被かしめ部材との間に所定の隙間を設けることで、かしめ突起を加熱し冷却することにより生じるヒケやかしめ突起を変形させるための加圧力が、かしめ部材の基板のかしめ突起を有しない面（以下、「意匠面」という）に伝わらない。その結果、意匠面に凹凸形状が生じることがなく、意匠面の外観品質を向上させることができる。また、成形器の成形部分に収納できないかしめ突起は、かしめ部材の基板と被かしめ部材との間の所定の隙間部分に移動し、意匠面の反対面にバリが生じることがない。つまり、意匠面とその反対面の外観品質を向上させることができる。さらに、意匠面の反対面にバリが生じないため、例えば、エアバッグの展開時等にバリの飛散を防止できる。
【００１１】
また、本発明の熱かしめ構造体におけるかしめ部材の基板と被かしめ部材との間に形成された隙間は、かしめ部材の被かしめ部材に対向する面および／または被かしめ部材のかしめ部材に対向する面に形成された複数の隙間保持用突起により形成されるようにしてもよい。これにより、被かしめ部材をかしめ部材の基板との間に所定の隙間を容易に形成することができる。例えば、かしめ部材が隙間保持用突起を有する場合に、かしめ部材と被かしめ部材を位置決めするには、かしめ突起と嵌合穴とを嵌合させ、隙間保持用突起が被かしめ部材に接触する位置に固定すればよい。すなわち、隙間保持用突起の高さ分が、形成される隙間になる。
【００１２】
また、本発明の熱かしめ構造体の被かしめ部材は、かしめ部材の基板を補強する補強部材としてもよい。かしめ部材は樹脂製であるため割れやすいという問題がある。そこで、例えば、被かしめ部材として鉄板等を用いることにより、かしめ部材を補強することができる。
【００１３】
また、本発明の熱かしめ構造体の被かしめ部材は、基板の延長線上に基板と一体成形され、基板に対して折り曲げて形成される折曲部としてもよい。通常、かしめ部材の基板の板厚が薄いほど基板に割れが生じやすい。そこで、基板の一部を折り曲げた折曲部を被かしめ部材として用いることにより、板厚を増加させることができ、強度を増加させることができる。さらに、被かしめ部材として、かしめ部材の一部を用いているため、補強部品として別部品を使用することもなく、コストダウンにつながる。つまり、部品点数を増加させることなく、かしめ部材の強度を増加させることができる。
【００１４】
また、本発明の熱かしめ接合方法は、かしめ部材に被かしめ部材を、かしめ部材のかしめ突起を加熱し変形させることによりかしめて接合する熱かしめ接合方法であって、部材位置決めステップと、かしめ突起変形ステップと、からなることを特徴とする。ここで、かしめ部材は、基板と、基板の一方の面に突設したかしめ突起と、からなる熱可塑性樹脂製の部材である。被かしめ部材は、かしめ部材のかしめ突起に嵌合される嵌合穴を有する部材である。そして、部材位置決めステップは、かしめ突起と嵌合穴とを嵌合させ、基板と被かしめ部材との間に所定の隙間を設けてかしめ部材及び被かしめ部材を位置決めするステップである。かしめ突起変形ステップは、かしめ突起を加熱し変形させるステップである。
【００１５】
つまり、かしめ部材と被かしめ部材との間に所定の隙間を設けることで、かしめ突起を加熱し冷却することにより生じるヒケやかしめ突起を変形させるための加圧力が、意匠面に伝わらない。その結果、意匠面に凹凸形状が生じることがなく、意匠面の外観品質を向上させることができる。また、成形器の成形部分に収納できないかしめ突起は、かしめ部材の基板と被かしめ部材との間の所定の隙間部分に移動し、意匠面の反対面にバリが生じることがない。つまり、意匠面とその反対面の外観品質を向上させることができる。さらに、意匠面の反対面にバリが生じないため、例えば、エアバッグの展開時等にバリの飛散を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態においては、本発明の熱かしめ構造体として、自動車の助手席用エアバッグの開閉ドアを例にとり説明する。図１に示すように、自動車のフロントガラス側に装備されたインストルメントパネル１０の上側内部にエアバッグ装置が配置されている。そして、インストルメントパネル１０の補強部材（図示せず）にエアバッグケース１１が連結固定されている。このエアバッグケース１１に、インストルメントパネル１０の頂面１０ａと略面一となるように配置される開閉ドア１２，１２が組付けられている。そして、エアバッグ動作時には、フロントガラスに近い側の開閉ドア１２はフロントガラス側へ、フロントガラスから遠い側の開閉ドア１２はフロントガラスと反対側へ開き、エアバッグケース１１内に収納されているエアバッグ（図示せず）が膨張展開する。
【００１７】
次に、開閉ドア１２について図２を参照して詳細に説明する。図２は、図１に示す開閉ドア１２の裏面を示す斜視図である。すなわち、開閉ドア１２のうち図１におけるインストルメントパネル１０の頂面１０ａと略面一となる面が図２における裏面の意匠面１ｃである。この開閉ドア１２は、熱可塑性樹脂製の部材（以下、「かしめ部材」という）１に鉄板の補強部材（以下、「被かしめ部材」という）２が熱かしめ接合されている。すなわち、図２においては、８箇所の熱かしめ接合部１ｅによりかしめ部材１に被かしめ部材２が接合されている。なお、開閉ドア１２の被かしめ部材２がエアバッグケース１１に連結固定されている。また、本実施形態におけるかしめ部材１は、ポリプロピレン樹脂を用いている。
【００１８】
次に、熱かしめ接合される前のかしめ部材１と被かしめ部材２の形状について、図３及び図４を参照して説明する。図３に示すように、かしめ部材１は、基板１ａと、かしめ突起１ｂと、隙間保持用突起１ｄとが一体成形されている。基板１ａは、板厚３．５ｍｍであって、一方の面が意匠面１ｃを形成している。かしめ突起１ｂは、基板１ａの意匠面１ｃの反対面に形成されている。図３における近隣する３つのかしめ突起１ｂは、変形後の図２における熱かしめ接合部１ｅの１箇所に相当する。このかしめ突起１ｂは、根元部が約１．７ｍｍ×１８．０ｍｍ、高さが約１８ｍｍである。さらに、かしめ突起１ｂは、先端側が細く形成されている。そして、隙間保持用突起１ｄは、基板１ａの意匠面１ｃの反対面であって、近隣する３つのかしめ突起１ｂの周囲に４箇所形成されている。この隙間保持用突起１ｄの高さは、約１．５ｍｍである。
【００１９】
図４に示すように、被かしめ部材２は、板厚約１．３ｍｍであって、嵌合穴２ａを有している。この嵌合穴２ａは、かしめ部材１のかしめ突起１ｂと嵌合するように形成されている。すなわち、図４に示す３つの嵌合穴が、図３における３つのかしめ突起１ｂに嵌合する。この嵌合穴２ａの大きさは、約２．３ｍｍ×１９ｍｍである。
【００２０】
続いて、このように形成されたかしめ部材１と被かしめ部材２との熱かしめによる接合方法について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、熱かしめ接合前における開閉ドア１２の断面図である。図５（ｂ）は熱かしめ接合された開閉ドア１２の断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、かしめ部材１のかしめ突起１ｂと被かしめ部材２の嵌合穴２ａとを嵌合させる。その際、かしめ部材１の隙間保持用突起１ｄの先端と被かしめ部材２とが接触する位置にかしめ部材１及び被かしめ部材２を位置決めする（部材位置決めステップ）。すなわち、かしめ部材１の基板１ａと被かしめ部材２との隙間は、隙間保持用突起１ｄの高さと同様であるので、１．５ｍｍとなる。そして、かしめ突起変形工程（かしめ突起変形ステップ）を開始する。まず、かしめ突起１ｂの先端側を超音波加熱器２０により加熱しながら加圧する。具体的には、約２００℃の温度で加熱しながら、約１．８ＭＰａの加圧力で約４〜７秒間かしめ突起１ｂを加圧する。これにより、かしめ突起１ｂが溶融して変形する。その後、超音波加熱器２０を約８０℃の温度まで下げて、溶融したかしめ突起１ｂを約４秒間冷却する。
【００２１】
かしめ突起１ｂを変形させて被かしめ部材２をかしめた形状を、図５（ｂ）に示す。すなわち、かしめ部材１の意匠面１ｃは、凹凸形状が生じていない。これは、かしめ部材１の基板１ａと被かしめ部材２との間に隙間を設けたことにより、超音波加熱器２０による熱や加圧力が意匠面１ｃまで伝わらないためであると考えられる。また、変形したかしめ突起１ｃは、意匠面１ｃの反対面においては、超音波加熱器２０の成形部分を転写した形状に形成されている。すなわち、従来発生していたバリが生じていない。これは、かしめ部材１の基板１ａと被かしめ部材２との間の隙間に変形したかしめ突起１ｂの一部が移動したためであると考えられる。このように、意匠面１ｃ及び意匠面の反対面の外観品質が非常に良好となる。また、かしめ部材１の基板１ａと被かしめ部材２との隙間に変形したかしめ突起１ｃが移動することにより、より強固に被かしめ部材２をかしめることができる。
【００２２】
次に、かしめ部材１の基板１ａと被かしめ部材２との間の隙間を変更して、熱かしめ接合を行った場合における外観品質について説明する。隙間を０ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍとした場合について上述の熱かしめ接合を行った。なお、かしめ部材１及び被かしめ部材２の形状は上記実施形態と同様である。また、超音波加熱器２０による加熱温度及び加圧力は、上記実施形態と同様である。また、加圧工程時間及び冷却工程時間も上記実施形態とほぼ同様である。この結果を図６に示す。
【００２３】
図６に示すように、隙間が０ｍｍの場合、すなわち、従来の熱かしめ接合方法の場合は、意匠面１ｃに凹凸形状が生じ、意匠面１ｃの反対面にはバリが生じるため、外観品質は非常に悪い。隙間が１．０ｍｍの場合には、意匠面１ｃ及び意匠面１ｃの反対面共にほぼ良好な外観品質を得ることができた。また、隙間が１．５ｍｍ及び２．０ｍｍの場合には、意匠面１ｃ及び意匠面１ｃの反対面共に非常に良好な外観品質を得ることができた。
【００２４】
次に、超音波加熱器２０による加圧力を変化させて熱かしめ接合を行った。他の条件については、上記実施形態と同様である。この結果を図７に示す。図７より、加圧力が１．３ＭＰａの場合に比べて１．９ＭＰａの場合は、外観品質が良好となることがわかる。すなわち、加圧力が大きい程、外観品質は向上する。なお、加圧力が１．３ＭＰａより小さい場合には、かしめ突起１ｂが溶融しないため、かしめ接合を行うことができない。さらに、加圧力が１．９ＭＰａより大きい場合には、かしめ突起１ｂが破断するため、かしめ接合を行うことができない。
【００２５】
なお、上記実施形態では、隙間保持用突起１ｄをかしめ部材１が有しているが、これに限られるものではない。すなわち、被かしめ部材２が隙間保持用突起１ｄを有するようにしてもよい。この場合には、上記と同様の熱かしめ接合方法により行うことができる。もちろん、かしめ部材１及び被かしめ部材２の双方が隙間保持用突起１ｄを有するようにしてもよい。また、熱かしめ接合をする際に、かしめ部材１の基板１ａと被かしめ部材２との間に所定の隙間を有するようにかしめ部材１及び被かしめ部材２を位置決めすることができれば、かしめ部材１及び被かしめ部材２の双方が隙間保持用突起１ｄを有しない他の方法でもよい。例えば、熱かしめ接合を行う際に、所定の隙間を確保できる他の部材を挿入しておき、熱かしめ接合終了後に挿入していた他の部材を取り除く方法であってもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、かしめ突起１ｃを溶融するために、超音波加熱器２０を使用したが、これに限られるものではない。例えば、熱風加熱、高周波加熱、熱ヒーター加熱や振動溶着等、熱可塑性樹脂製のかしめ部材１のかしめ突起１ｃを溶融し圧力をかけることができるものであればよい。
【００２７】
（他の実施形態）
上記実施形態では、かしめ部材１と被かしめ部材２とを別部材としたが、本実施形態では同一部材としている。本実施形態について、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。
【００２８】
図８（ａ）に、熱かしめ接合を行う前の部材５の側面図を示す。この部材５は、熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン樹脂により形成されている。そして、部材５は、基板部５ａ、折曲部５ｂ、かしめ突起５ｃ、隙間保持用突起５ｄとからなる。基板部５ａは、上記実施形態における基板１ａの相当する。かしめ突起５ｃ及び隙間保持用突起５ｄは、それぞれ上記実施形態におけるかしめ突起１ｂ及び隙間保持用突起１ｄに相当する。折曲部５ｂは、かしめ突起５ｃ側へ折り曲げられた場合に、かしめ突起５ｃに勘合する嵌合穴５ｅを有している。
【００２９】
次に、このような形状からなる部材５の熱かしめ接合について説明する。まず、折曲部５ｂをかしめ突起５ｃ側へ図８（ｂ）に示すように折り曲げる。個の場合、嵌合穴５ｅは、かしめ突起５ｃに嵌合するようになっている。さらに、折曲部５ｂは、隙間保持用突起５ｄの先端に接触する位置に固定しておく（部材位置決めステップ）。つまり、折り曲げられた折曲部５ｂが、上記実施形態における被かしめ部材に相当することになる。続いて、かしめ突起変形工程（かしめ突起変形ステップ）を開始する。まず、かしめ突起５ｃの先端側を超音波加熱器２０により加熱しながら加圧する。具体的には、約２００℃の温度で加熱しながら、約１．８ＭＰａの加圧力で約４〜７秒間かしめ突起５ｃを加圧する。これにより、かしめ突起５ｃが溶融して変形する。その後、超音波加熱器２０を約８０℃の温度まで下げて、溶融したかしめ突起５ｃを約４秒間冷却する。
【００３０】
かしめ突起５ｃを変形させて折曲部５ｂをかしめた形状を、図８（ｃ）に示す。この場合においても、図８（ｃ）に示すように、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。すなわち、意匠面及び意匠面の反対面の外観品質が非常に良好となる。さらに、部材５の一部を用いて熱かしめ接合を行っていることから、上記実施形態のように別部品を使用することなく、一つの部材で補強することができる。つまり、コストダウン化を図ることができると共に、補強することができる。
【００３１】
なお、この実施形態における熱かしめ構造体は、例えば、自動車のバンパー等に使用することができる。すなわち、バンパーの端部の強度増加を容易にかつ低コストで行うことができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、エアバッグの開閉ドアやバンパーを例にとり説明したが、これに限られるものではない。本発明が適用することができる限り、他の部分でもよい。
【００３３】
なお、被かしめ部材は、金属、非金属又は樹脂等どのような部材であってもよい。また、上記実施形態では、補強部材と熱かしめ接合を行うことについて説明したが、これに限られるものではなく、例えば、他の部品と一体に接合する場合にも適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の熱かしめ構造体及び熱かしめ接合方法によれば、外観品質を向上させることができる。すなわち、かしめ部材の意匠面に凹凸形状を生じさせることがなく、意匠面の反対面にバリを生じさせることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車のフロントガラス側に装備されたインストルメントパネルを示す斜視図である。
【図２】本発明の熱かしめ構造体を示す斜視図である。
【図３】本発明のかしめ部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の被かしめ部材を示す斜視図である。
【図５】本発明の熱かしめ接合方法について説明する断面図である。
【図６】隙間に対する外観品質を示す図である。
【図７】加圧力に対する外観品質を示す図である。
【図８】他の実施形態における熱かしめ接合方法について説明する図である。
【図９】従来の熱かしめ接合方法について説明する断面図である。
【符号の説明】
１　・・・　かしめ部材
１ａ　・・・　基板
１ｂ　・・・　かしめ突起
１ｃ　・・・　意匠面
１ｄ　・・・　隙間保持用突起
２　・・・　被かしめ部材
２ａ　・・・　嵌合穴
５　・・・　部材
５ａ　・・・　基板部
５ｂ　・・・　折曲部
５ｃ　・・・　かしめ突起
５ｄ　・・・　隙間保持用突起
１０　・・・　インストルメントパネル
１１　・・・　エアバッグケース
１２　・・・　開閉ドア
２０　・・・　超音波加熱器

Claims (5)

  1. 基板と該基板の一方の面に突設したかしめ突起とからなる熱可塑性樹脂製のかしめ部材と、
    該かしめ突起に嵌合される嵌合穴を有する被かしめ部材とからなり、
    該かしめ突起に該嵌合穴を嵌合させ、該かしめ突起を加熱し変形させることにより該かしめ部材に該被かしめ部材をかしめて形成される熱かしめ構造体であって、
    前記基板と前記被かしめ部材との間に所定の隙間を形成したことを特徴とする熱かしめ構造体。
  2. 前記隙間は、前記かしめ部材の前記被かしめ部材に対向する面および／または前記被かしめ部材の前記かしめ部材に対向する面に形成された複数の隙間保持用突起により形成されることを特徴とする請求項１記載の熱かしめ構造体。
  3. 前記被かしめ部材は、前記基板を補強する補強部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱かしめ構造体。
  4. 前記被かしめ部材は、前記基板の延長線上に前記基板と一体成形され前記基板に対して折り曲げて形成される折曲部であることを特徴とする請求項３記載の熱かしめ構造体。
  5. 基板と該基板の一方の面に突設したかしめ突起とからなる熱可塑性樹脂製のかしめ部材に、該かしめ突起に嵌合される嵌合穴を有する被かしめ部材を、該かしめ突起を加熱し変形させることによりかしめて接合する熱かしめ接合方法であって、
    前記かしめ突起と前記嵌合穴とを嵌合させ前記基板と前記被かしめ部材との間に所定の隙間を設けて前記かしめ部材及び前記被かしめ部材を位置決めする部材位置決めステップと、
    前記かしめ突起を加熱し変形させるかしめ突起変形ステップと、
    からなることを特徴とする熱かしめ接合方法。
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