JP3169153B2 - プラスチック部材の接合方法 - Google Patents

プラスチック部材の接合方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性プラスチック
を含有するプラスチック部材に形成された互いに対面可
能な第１接合面と第２接合面とを接合するプラスチック
部材の接合方法の改良に関する。この方法は、特にプラ
スチック部材が繊維強化品である場合に好適である。
【０００２】
【従来の技術】従来、プラスチック部材の接合方法とし
て、熱融着接合方法及び振動溶着方法が知られている
（「接着の技術」ｖｏｌ１２、Ｎｏ．１（１９９２）通
巻２６号第９〜１０頁、「プラスチックス」ｖｏｌ４
２、Ｎｏ．５第８９〜９４頁）。例えば加熱板を用いた
熱融着接合方法として、図９（Ａ）に示すように、熱可
塑性プラスチックを含有する第１プラスチック部材９１
に形成された第１接合面９１ａと、熱可塑性プラスチッ
クを含有する第２プラスチック部材９２に形成され、第
１接合面９１ａと対面可能な第２接合面９２ａとを接合
する場合について説明する。この方法では、まず接合せ
んとする第１、２接合面９１ａ、９２ａのみを加熱する
ため、両熱可塑性プラスチックの融点を超える温度に加
熱した加熱板９３を用意し、この加熱板９３に第１、第
２接合面９１ａ、９２ａを接触させる。これにより、図
９（Ｂ）に示すように、第１、第２接合面９１ａ、９２
ａが溶融されるため、すかさず図９（Ｃ）に示すよう
に、加熱板９３から第１、第２接合面９１ａ、９２ａを
離反させ、さらに図９（Ｄ）に示すように、第１、第２
接合面９１ａ、９２ａを加圧しつつ対面させ、第１、第
２接合面９１ａ、９２ａを接合させる。加熱板９３以外
に電気ゴテ、バーナ等を用いる場合もある。
【０００３】また、振動溶着方法は、摩擦熱により第
１、２接合面を溶融させるため、広義では上記熱融着接
合方法に含まれるが、この振動溶着方法では、例えば第
１、第２接合面間を加圧すると同時に、数ｍｍの横振幅
で第１、２接合面に平行な横振動を与え、これにより生
じる摩擦熱により第１、第２接合面を接合させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の接
合方法では、プラスチック部材を高品質・高強度・安価
に接合することが困難である。すなわち、従来の熱融着
接合方法では、接合せんとする第１、第２接合面だけを
溶融させるために、第１、第２接合面を離れた状態で溶
融させ、しかる後に加圧対面することにより接合させて
いる。このため、加熱板等に接触させた時にプラスチッ
ク部材を汚染したり、接触痕を残留させたりしやすい。
また、溶融させてから加圧対面するまでにタイムラグを
生じやすいため、第１、第２接合面を必要以上に加熱し
なければならず、エネルギーロスを生じるとともに、接
合後のプラスチック部材に物性の低下を生じるおそれも
ある。
【０００５】また、この方法では、第１、２接合面近傍
を溶融させて加圧接着しているにすぎず、第１、第２接
合面が対面された状態で溶融が進行するわけではないた
め、第１、第２接合面間で材料の流動が深い範囲で生じ
にくい。このため、接合された第１、第２接合面間にお
いて応力緩和がなされにくいことから、接合前に存在し
た歪や変形等が接合後のプラスチック部材にも残留しや
すく、接合強度が未だ十分でない場合がある。特にプラ
スチック部材が繊維強化品である場合には第１、第２接
合面間で繊維強化がほとんど行われず、接合強度は低い
ものとなりやすい。
【０００６】一方、従来の振動溶着方法では、第１、２
接合面を摩擦熱で溶融すべく横振動を行っているにすぎ
ず、溶融が進むにつれて摩擦熱が発生しにくくなること
から、通常、溶融するとほぼ同時に振動を中止して冷却
により接合を終了する。このため、第１、第２接合面間
で材料の流動が深い範囲で生じにくいことから、残留応
力によりやはり接合強度が未だ十分でなかったり、また
特にプラスチック部材が繊維強化品である場合には、溶
融の深さや面積が強化繊維の形状より狭いことから第
１、第２接合面間で繊維強化がほとんど行われなかった
りし、接合強度は低いものとなりやすい。
【０００７】その他に、この方法では、振動のみによっ
て接合を行うことから、比較的大きなエネルギーを必要
とし、接合コストの高騰化を生じてしまう。本発明は、
上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、プラス
チック部材を高品質・高強度・安価に接合することので
きる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】
（１）請求項１のプラスチック部材の接合方法は、熱可
塑性プラスチックを含有するプラスチック部材に形成さ
れた互いに対面可能な第１接合面と第２接合面とを接合
するプラスチック部材の接合方法であって、前記第１接
合面及び前記第２接合面の少なくとも一方に流通溝を刻
設し、該第１接合面及び該第２接合面を加圧しつつ対面
させることにより該流通溝を対面方向で閉塞した状態と
し、この状態で該流通溝に前記熱可塑性プラスチックの
融点を超える温度の熱風を流通させて該第１接合面及び
該第２接合面を融着することを特徴とする。
【０００９】本発明において、熱風としては、プラスチ
ック部材の物性を変化させないよう不活性ガス、Ｎ2 、
ドライエアー等を用いることができる。また、本発明に
おいて、熱可塑性プラスチックとしては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエチエンテレフタレート、ポ
リカーボネート、ポリアミド等を採用することができ
る。
【００１０】さらに、本発明において、プラスチック部
材が繊維強化品である場合、強化繊維としては、無機繊
維ではガラス、ボロン、カーボン、金属、セラミックウ
ィスカ等が採用され、有機繊維ではビニロン、ナイロ
ン、テトロン、綿、麻等が採用され得る。 （２）請求項２の接合方法では、請求項１の方法におい
て、熱風を流通させつつ、第１接合面及び第２接合面間
に振動数が５０Ｈｚ以下であって該第１接合面及び該第
２接合面に平行な横振動を与えて該第１接合面及び該第
２接合面の全部を溶融することにより、該第１接合面及
び該第２接合面を融着することを特徴とする。
【００１１】熱風を流通させつつ与える横振動の振動数
は、５０Ｈｚ以下である。この振動数は１０Ｈｚ以下で
あることが好ましい。横振動の振動数が５０Ｈｚを超え
ると、熱風による熱量を流通溝と対面する接合面へ供給
しにくくなり、溶融温度が進行しにくくなるため、プラ
スチック部材が繊維強化品である場合に強化繊維が第
１、２接合面間を移動しにくくなる。
【００１２】なお、横振動の振幅は、閉塞された流通溝
を開放しない範囲で、かつプラスチック部材が繊維強化
品である場合には強化繊維の形状より大きく選択する。
例えば、プラスチック部材が繊維強化品であり、通常繊
維長０．１〜２０ｍｍ、径１〜１０００μｍであるが、
強化繊維が繊維長０．２ｍｍ、径１０μｍのガラスチョ
プドストランド繊維である場合、第１、２接合面の接合
代を繊維長の１０倍の２ｍｍ以上とし、横振動の振幅も
繊維長の１０倍の２ｍｍ以上とする。
【００１３】（３）請求項３の接合方法では、請求項１
の方法において、熱風を流通させることにより第１接合
面及び第２接合面の一部を溶融した直後、該第１接合面
及び該第２接合面間に振動数が１００〜２５０Ｈｚであ
って該第１接合面及び該第２接合面に平行な横振動を与
えることにより、該第１接合面及び該第２接合面を融着
することを特徴とする。
【００１４】熱風を流通させて第１、２接合面の一部を
溶融した直後に与える横振動の振動数は、１００〜２５
０Ｈｚである。横振動の振動数が１００Ｈｚ未満では、
熱風により溶融された一部を除く部分が横振動の摩擦熱
により溶融しにくく、プラスチック部材が繊維強化品で
ある場合に強化繊維が第１、２接合面間を移動しにくく
なる。また、横振動の振動数が２５０Ｈｚを超えれば、
熱風により溶融された一部を除く部分が摩擦熱により過
剰に溶融され、製品誤差を大きくしやすい。
【００１５】（４）請求項４の接合方法では、請求項２
の方法において、横振動と同時に振幅が溶融深さ以下で
あって第１接合面及び第２接合面に垂直な５０Ｈｚ以下
の縦振動も与えることを特徴とする。ここで、横振動と
は、一次元でも二次元でもよく、二次元の場合は例えば
楕円状、円状運動等がある。また、縦振動と合わせた三
次元の運動も可能である。かかる構成により、各接合面
間で溶融材料の相互の流動混合が行われる。
【００１６】
【作用】
（１）請求項１の接合方法では、第１、２接合面を加圧
しつつ対面させることにより流通溝を対面方向で閉塞し
た状態とし、この状態で流通溝に熱風を流通させる。こ
のとき、熱風の温度は熱可塑性プラスチックの融点を超
えているため、第１、第２接合面が溶融する。このと
き、第１、第２接合面が加圧対面された状態において、
流通溝から熱が周囲に十分に伝達されると、接合せんと
する第１、第２接合面だけが溶融され、融着される。
【００１７】このため、プラスチック部材の汚染が回避
可能であり、接触痕は生じない。また、タイムラグは生
じず、第１、第２接合面を必要以上に加熱する必要がな
いため、エネルギーロスが生じないとともに、接合後の
プラスチック部材は物性の低下が生じない。また、第
１、第２接合面が対面された状態で溶融が進行するた
め、第１、第２接合面間で材料の溶融が深い範囲で生じ
る。このため、接合された第１、第２接合面間において
応力緩和がなされ、接合前に存在した歪や変形等が接合
後のプラスチック部材には残留しにくく、接合強度が十
分に確保される。
【００１８】さらに、振動を同時に行うとしても、熱風
のエネルギーと振動のエネルギーとがともに補われるた
め、比較的小さなエネルギーで足り、接合コストの低廉
化が実現される。 （２）請求項２の接合方法では、第１、２接合面の溶融
は専ら熱風により行われ、横振動による摩擦熱は全く利
用しない。このとき、横振動によって材料が第１、２接
合面間で深い範囲で生じ、特にプラスチック部材が繊維
強化品である場合には第１、第２接合面間で繊維強化が
より行われやすく、接合強度が高いものとなりやすい。
この理由は、強化繊維が第１、２接合面間を跨ぐ形で強
化するためである。
【００１９】（３）請求項３の接合方法では、熱風によ
り溶融された一部の溶融材料分が横振動の摩擦熱により
溶融する部分の材料と混合したりして、プラスチック部
材が繊維強化品である場合に強化繊維が第１、２接合面
間を跨ぐ形で強化しやすくなる。つまり、第１、第２接
合面間で材料の流動が深い範囲で生じ、特にプラスチッ
ク部材が繊維強化品である場合には第１、第２接合面間
で繊維強化がより行われやすく、接合強度が高いものと
なりやすい。また、横振動の振動数が２５０Ｈｚを超え
ないことから、熱風により溶融された一部を除く部分が
摩擦熱により過剰に溶融されることもなく、製品誤差が
小さい。
【００２０】（４）請求項４の接合方法では、プラスチ
ック部材が繊維強化品である場合、溶融材料がより第
１、２接合面間で流動混合され、強化繊維が第１、２接
合面間を跨ぐ形で強化する。つまり、第１、第２接合面
間で材料の流動が深い範囲で生じ、特にプラスチック部
材が繊維強化品である場合には第１、第２接合面間で繊
維強化がより行われやすく、接合強度がより高いものと
なりやすい。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例１、２を試
験とともに図面を参照しつつ説明する。 （実施例１）実施例１は請求項１、２、４を具体化した
ものである。この実施例１では、図１に示すように、と
もに７０重量％のナイロン６６と３０重量％のガラス繊
維（繊維長０．２ｍｍ、径１０μｍのガラスチョップド
ストランド）とからなる第１、２プラスチック部材とし
てのケース１、２を接合せんとする。これらケース１、
２は別々に射出成形されたものであり、ケース１、２に
は互いに対面可能な第１、２接合面としてのフランジ１
ａ、２ａが形成されている。
【００２２】ケース１のフランジ１ａには、図２（Ａ）
に示すように、断面Ｖ字形状の流通溝３がフランジ１ａ
を周回して１条刻設されており、図３（Ａ）に示すよう
に、流通溝３は隣接する開口３ａ、３ｂにより側方に開
放されている。なお、図２（Ａ）〜（Ｃ）にガラス繊維
の配向状態を細線で示す。流通溝３の内側には流通溝３
と平行なバリ逃がし溝４がフランジ１ａを周回して刻設
され、流通溝３の外側には流通溝３と平行なバリ逃がし
溝５が開口３ａ、３ｂにより遮断された部分を除いてフ
ランジ１ａを周回して刻設されている。
【００２３】また、ケース２のフランジ２ａには、図２
（Ａ）に示すように、バリ逃がし溝４、５と対向するバ
リ逃がし凹部６、７が凹設されている。フランジ１ａ、
２ａにおける流通溝３、バリ逃がし溝４、５及びバリ逃
がし凹部６、７の幅を除いた接合代は、ガラス繊維の繊
維長の１０倍の２ｍｍ以上である。これら流通溝３、バ
リ逃がし溝４、５及びバリ逃がし凹部６、７はケース
１、２の成形金型により賦形されたものである。
【００２４】そして、図３（Ｂ）に示すように、フラン
ジ１ａ及びフランジ２ａを加圧しつつ対面させ、流通溝
３を対面方向で閉塞させる。この状態でケース１、２を
挟持し、図示しない振動体としてのコンバータに接続す
る。かかる状態で開口３ａに図示しないノズルを当接
し、図４に示すタイムチャートに従い、図３（Ｂ）に示
す開口３ａからナイロン６６の融点をやや超える１２０
〜１９０℃の熱風を１０数秒間隔で段階的にガス圧を高
めながら圧送し、流通溝３内に流通させ、開口３ｂから
放出させる。このとき、熱風としては不活性ガスを採用
する。ここで、熱風の温度をあまり高くし過ぎると、ナ
イロン６６の分解を生じるため、留意を要する。
【００２５】同時に、１０数秒間隔で段階的に振動速度
を低めながらフランジ１ａ、２ａ間に振動を与える。こ
のとき、初めは１０Ｈｚの振動数、２ｍｍの楕円状振幅
及び１ｍｍの縦振幅になるような振動速度、次いで５Ｈ
ｚの振動数、２ｍｍの横振幅及び１ｍｍの縦振幅になる
ような振動速度、さらに２Ｈｚの振動数、２ｍｍの横振
幅及び０．５ｍｍの縦振幅になるような振動速度、ひき
続き１Ｈｚの振動数、１ｍｍの横振幅及び０．２ｍｍの
縦振幅になるような振動速度とする。この間、フランジ
１ａ、２ａの溶融は専ら熱風により行われる。このた
め、熱風によって溶融が進行し、同時に楕円状振動と縦
振動とによってガラス繊維がフランジ１ａ、２ａ間跨ぐ
形で強化する。この後、振動を停止し、空冷する。
【００２６】この実施例１では、熱風によりフランジ１
ａ、２ａを溶融させると同時に、フランジ１ａ、２ａ間
に５０Ｈｚ以下の楕円状振動及び縦振動を与えているた
め、フランジ１ａ、２ａ間で溶融されたナイロン６６及
びガラス繊維の流動が深い範囲で生じ、フランジ１ａ、
２ａ間で繊維強化がより行われやすく、接合強度が高い
ものとなりやすい。
【００２７】こうして、図５に示すように、ケース１、
２が融着される。このケース１、２では、フランジ１
ａ、２ａが対面された状態で溶融が進行し、フランジ１
ａ、２ａ間で溶融したナイロン６６及びガラス繊維の流
動が深い範囲で生じており、フランジ１ａ、２ａ間で繊
維強化が行われている。このため、接合されたフランジ
１ａ、２ａ間において応力緩和がなされ、接合前に存在
した歪や変形等が接合後のケース１、２には残留しにく
く、接合強度が十分に確保される。
【００２８】また、ケース１、２に汚染、接触痕は生じ
ていない。そして、このとき、タイムラグは生じず、フ
ランジ１ａ、２ａを必要以上に加熱することがないた
め、エネルギーロスが生じないとともに、接合後のケー
ス１、２は物性の低下が生じない。さらに、振動を溶融
時に行っても、熱風のエネルギーと振動のエネルギーと
で接合を行うため、比較的小さなエネルギーで足り、接
合コストの低廉化が実現される。
【００２９】また、流通溝３から熱が周囲に伝達され、
バリ逃がし溝４、５及びバリ逃がし凹部６、７により接
合時のバリが収容されるため、接合後のケース１、２に
はバリがほとんど存在せず、優れた外観を呈している。
さらに、横振動の振動数が２５０Ｈｚを超えないことか
ら、熱風により溶融された一部を除く部分が摩擦熱によ
り過剰に溶融されることもなく、製品誤差が小さい。
【００３０】したがって、実施例１においては、ケース
１、２を高品質・高強度・安価に接合することが可能で
ある。また、この実施例１では、熱風による溶融と振動
とを同時期に行うため、作業時間を短縮することができ
る。 （試験）繊維未強化品のケースを図９に示す方法で融着
させた場合と、繊維強化品のケースを図９に示す方法で
融着させた場合と、繊維強化品のケースを実施例１の方
法で融着させた場合とで、母材強度及び融着強度を比較
した。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】 表１より、実施例１の方法ではプラスチック部材が繊維
強化品である場合にも高い接合強度が得られることがわ
かる。これは、実施例１の方法では、溶融樹脂の移動と
ともに繊維強化が行われやすいからである。したがっ
て、実施例１の方法を繊維未強化品に適用しても、高い
接合強度が得られることがわかる。 （実施例２）実施例２は請求項１、３を具体化したもの
である。この実施例２では、実施例１とタイムチャート
が異なる点を除いて同一の構成を採用しているため、同
一の構成については、同一符号を付し、同一の作用及び
効果は省略する。
【００３２】すなわち、フランジ１ａ及びフランジ１ａ
を加圧しつつ対面させ、かつ振動体としてのコンバータ
に接続した状態で、図６に示すタイムチャートに従い、
熱風を約３０秒間、所定のガス圧で圧送し、流通溝３内
に流通させ、開口３ｂから放出させる。これにより、フ
ランジ１ａ、２ａは一部が溶融する。このとき、フラン
ジ１ａ、２ａが加圧対面された状態において、流通溝３
から熱が周囲に伝達されるため、接合せんとするフラン
ジ１ａ、２ａだけが溶融される。また、熱風として不活
性ガスを流通させているため、フランジ１ａ、２ａの物
性が変化することはない。
【００３３】引き続き、１００〜２５０Ｈｚの振動数、
２ｍｍの横振幅になるような振動速度で、図１に示すう
ち、一次元の横振動のみを約２秒間、フランジ１ａ、２
ａ間に与える。このとき、熱風により溶融されたフラン
ジ１ａ、２ａの一部の溶融樹脂が横振動の摩擦熱により
溶融する部分の材料と混合して、その結果その材料内の
フランジ１ａ、２ａ間を跨ぐ形で介在しやすくなる。こ
の後、振動を停止し、空冷する。
【００３４】したがって、この実施例２においても、ケ
ース１、２を高品質・高強度・安価に接合することが可
能である。なお、流通溝としては、図７に示す断面Ｕ字
形状の流通溝８、図８に示すケース１及びケース２に刻
設した複数条の流通溝９ａ〜９ｃを採用することもでき
る。
【００３５】
【発明の効果】
（１）以上詳述したように、請求項１のプラスチック部
材の接合方法では、請求項１記載の構成を採用している
ため、プラスチック部材を高品質・高強度・安価に接合
することができる。すなわち、接合後のプラスチック部
材の不良品が減少し、設備費が低くて足りるため、接合
コストの低廉化を実現することができる。
【００３６】また、接合強度が十分に確保できるため、
接合後のプラスチック部材の接合代を小さくすることに
より、製品の見栄えを向上させることができる。 （２）請求項２の接合方法では、第１、第２接合面間で
材料の流動が深い範囲で生じ、特にプラスチック部材が
繊維強化品である場合に、第１、第２接合面間で繊維強
化がより行われやすいため、高い接合強度を得ることが
できる。
【００３７】また、熱風による溶融と振動とを同時期に
行うため、作業時間の短縮化により、さらなる接合コス
トの低廉化を実現することができる。 （３）請求項３の接合方法においても、第１、第２接合
面間で材料の流動が深い範囲で生じ、特にプラスチック
部材が繊維強化品である場合に、第１、第２接合面間で
繊維強化がより行われやすいため、高い接合強度を得る
ことができる。
【００３８】（４）請求項４の接合方法では、プラスチ
ック部材が繊維強化品である場合に、より高い接合強度
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１、２において接合せんとする各ケース
の斜視図である。
【図２】実施例１におけるケースのフランジを示す一部
断面図である。
【図３】実施例１におけるケースのフランジに係り、
（Ａ）は一部平面図、（Ｂ）は一部側面図である。
【図４】実施例１における熱風ガス圧及び振動速度と時
間との関係を示すタイムチャートである。
【図５】実施例１で接合したケースの一部断面図であ
る。
【図６】実施例２における熱風ガス圧及び振動速度と時
間との関係を示すタイムチャートである。
【図７】他の実施例におけるケースのフランジを示す一
部断面図である。
【図８】他の実施例におけるケースのフランジを示す一
部断面図である。
【図９】従来の熱融着接合方法における断面図である。
【符号の説明】
１、２…ケース（プラスチック部材） １ａ、２ａ…フランジ（第１、２接合面） ３、８、９ａ、９ｂ、９ｃ…流通溝

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱可塑性プラスチックを含有するプラスチ
    ック部材に形成された互いに対面可能な第１接合面と第
    ２接合面とを接合するプラスチック部材の接合方法であ
    って、 前記第１接合面及び前記第２接合面の少なくとも一方に
    流通溝を刻設し、該第１接合面及び該第２接合面を加圧
    しつつ対面させることにより該流通溝を対面方向で閉塞
    した状態とし、この状態で該流通溝に前記熱可塑性プラ
    スチックの融点を超える温度の熱風を流通させて該第１
    接合面及び該第２接合面を融着することを特徴とするプ
    ラスチック部材の接合方法。
  2. 【請求項２】熱風を流通させつつ、第１接合面及び第２
    接合面間に振動数が５０Ｈｚ以下であって該第１接合面
    及び該第２接合面に平行な横振動を与えて該第１接合面
    及び該第２接合面の全部を溶融することにより、該第１
    接合面及び該第２接合面を融着することを特徴とする請
    求項１記載のプラスチック部材の接合方法。
  3. 【請求項３】熱風を流通させることにより第１接合面及
    び第２接合面の一部を溶融した直後、該第１接合面及び
    該第２接合面間に振動数が１００〜２５０Ｈｚであって
    該第１接合面及び該第２接合面に平行な横振動を与える
    ことにより、該第１接合面及び該第２接合面を融着する
    ことを特徴とする請求項１記載のプラスチック部材の接
    合方法。
  4. 【請求項４】横振動と同時に振幅が溶融深さ以下であっ
    て第１接合面及び第２接合面に垂直な５０Ｈｚ以下の縦
    振動も与えることを特徴とする請求項２記載のプラスチ
    ック部材の接合方法。
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