特許 5918818 スピン溶着構造物及びスピン溶着方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5918818

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月18日

(54)【発明の名称】スピン溶着構造物及びスピン溶着方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 65/06 20060101AFI20160428BHJP

【ＦＩ】

   B29C65/06

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-167838(P2014-167838)

(22)【出願日】2014年8月20日

(65)【公開番号】特開2015-61755(P2015-61755A)

(43)【公開日】2015年4月2日

【審査請求日】2015年4月21日

(31)【優先権主張番号】特願2013-170024(P2013-170024)

(32)【優先日】2013年8月20日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000133065

【氏名又は名称】株式会社タケヒロ

(73)【特許権者】

【識別番号】513210068

【氏名又は名称】タケヒロ九州株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103207

【弁理士】

【氏名又は名称】尾崎 隆弘

(72)【発明者】

【氏名】緑谷 則康

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 祐樹

【審査官】 山本 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０２８６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６４−０５２７２９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０３−２０３６２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６５／００−６５／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂を含む本体部、及び、
該本体部の底部の中心に設けた凹み形状の開口部、
を備えるスピン溶着部品と、
基材と、
固化した溶融樹脂層とを備え、
前記固化した溶融樹脂層により、前記本体部と前記基材とが一体化され、かつ、前記固化した溶融樹脂層が、前記開口部及び前記本体部の底面全体に拡がっていることを特徴とするスピン溶着構造物。

【請求項2】

樹脂を含む本体部、及び、該本体部の底部の中心に設けた凹み形状の開口部、を備えるスピン溶着部品を基材の上に密着させた状態で回転させ、
前記回転により、前記基材とスピン溶着部品の摩擦熱でスピン溶着部品、又は、前記スピン溶着部品と前記基材の間の溶着樹脂材料を溶融させ、
前記回転により、溶融した樹脂が前記開口部に流れ込み、
該溶融樹脂がスピン溶着部品の前記開口部及び前記本体部の底面全体に拡がり固化することにより、前記スピン溶着部品と基材とを溶着することを特徴とするスピン溶着方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転による摩擦熱でもって溶着材料を溶かして接着するスピン溶着に用いられる被取付け部材としての溶着部品に関する。

【背景技術】

【0002】

スピン溶着に関する先行文献として特許文献１のものがある。これは回転溶着する留め具２を取付基板６に固定する際に取付基板６に湾曲やシワが生じるという、いわゆる“裏ウツリ現象”を少なくするためになされたものであって、柱部と、該柱部の一端に一体的に設けられた円板状のフランジ部を備えた樹脂製回転溶着部材において、前記フランジ部の肉厚を中心から外周方向に向かって漸減したことを特徴とする樹脂製回転溶着部材である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平０４−０２６２９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、スピン溶着の強度を向上させる技術について、特に、溶着部品の製造コストと溶着強度の両立の面で改善の余地があった。例えば、従来では、取付ブラケットを基材にスピン溶着すると、溶融材料が中心に向かって集まり、取付け基材から取付ブラケットが浮き上がってしまい、十分な溶着強度、良好な外観、寸法精度が得られない等の問題があった（図３参照）。

【0005】

そこで本発明は、簡易な溶着面の形状でありながら、溶着強度が向上し、良好な外観、寸法精度の高いスピン溶着部品を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題に鑑み、本発明は、樹脂を含む本体部、該本体部の底部の中心に設けた凹み形状の開口部、を備えるスピン溶着部品と、基材と、固化した溶融樹脂層とを備え、前記固化した溶融樹脂層により、前記本体部と前記基材とが一体化され、かつ、前記固化した溶融樹脂層が、前記開口部及び前記本体部の底面の全体に拡がっていることを特徴とする構造物である。前記本体部は、軸部にフランジを一体的に設け、前記開口部が軸部に形成されたことが好ましい。開口部は底面が円形であることが好ましい。

【0007】

前記開口部の容積は、少なくともスピン溶着部品の溶融樹脂量に見合った量に設定されることが好ましい。スピン溶着部品の材料等によっても前記の量の比率は相違する。基本的には溶融樹脂量と開口部の容積は１：１が好ましいが、溶融樹脂量：開口部の容積＝１：０．７〜１．３が例示できる。開口部の容積が溶融樹脂量より大きいことが好ましいが、逆に小さくても、溶融樹脂をスピン溶着部品が上から押さえつけることができる。例えば、溶融樹脂量が1に対して開口部の容積が０．８でも、溶融樹脂に対して、上から蓋をすることにより、圧力がかかるので接合も好適に行うことができる。接着強度は１．４〜１．６倍になることがある。また、スピン溶着部品と基材の間に必要以上の圧力がかからず、溶融樹脂による、または、スピン溶着部品と基材の変形等による外観の劣化がなく、さらに寸法精度も確保できる。

【0008】

前記スピン溶着部品の底面をスピンにより樹脂を溶融させることにより、基材に溶融させることが好ましい。スピン溶着部品と基材とが同じ材質のものは溶融するし、異材質の場合は絡み合ったり溶けたりする。なお、本体部の底面に同一材料または別材料の溶着樹脂材料を設けてもよい。

【0009】

本発明は、樹脂を含む本体部、及び、該本体部の底部の中心に設けた凹み形状の開口部、を備えるスピン溶着部品を基材の上に密着させた状態で回転させ、前記回転により、前記基材とスピン溶着部品の摩擦熱でスピン溶着部品、又は、前記スピン溶着部品と前記基材の間の溶着樹脂材料を溶融させ、前記回転により、溶融した樹脂が前記開口部に流れ込み、該溶融樹脂がスピン溶着部品の前記開口部及び前記本体部の底面全体に拡がり固化することにより、前記スピン溶着部品と基材とを溶着することを特徴とするスピン溶着方法である。

【0010】

スピン溶着部品の材料と基材の材料は適宜に採択できる。例えば、スピン溶着部品がポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン等、基材がケナフ及び／又はガラス５０％、ポリピプロピレン５０％等が挙げられる。

【0011】

また、本発明は、前記開口部が断面逆凹形状であることにより内天井を備え、該内天井に溶融樹脂が接触して固化する例、接触しないで固化する例が挙げられる。

【0012】

前記底部は略円形であることがスピン溶着に適するという観点から好ましいが、これに限られない。

【0013】

前記開口部は、本発明によるスピン溶着部品の底部において、底面が開口された断面逆凹形状の空洞が形成された部分をいい、空洞内の上部に内天井が形成されても、されなくてもよい。また、前記開口部の形状は円形に形成されたものが挙げられるが、四角形、六角形等、その他の形状に形成されたものであってもよい。

【0014】

本体部は軸部とフランジ部とが一体に形成されたものであってもよいし、別々に形成され一体化させたものでもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によるスピン溶着部品によって、溶着強度が向上する。また、スピン溶着部品と基材等の被溶着部材との間に必要以上の圧力がかからず、溶融樹脂によるスピン溶着部品や基材の変形がなく、取付け状態の外観の確保、寸法精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）は本発明による実施例１のスピン溶着部品１の上からの斜視図である。（ｂ）は同実施例１のスピン溶着部品１の下からの斜視図である。（ｃ）は同実施例１のスピン溶着部品１の正面図である。なお、溶融樹脂９の図示は省略している。

【図2】同実施例１のスピン溶着部品１が基材８に溶着された状態の模式断面図である。

【図3】従来例のスピン溶着部品１１が基材１８に溶着された状態の模式断面図である。

【図4】（ａ）は本発明による実施例２のスピン溶着部品１０１の上からの斜視図である。（ｂ）は同実施例２のスピン溶着部品１０１の下からの斜視図である。（ｃ）は同実施例２のスピン溶着部品１０１の正面図である。なお、溶融樹脂１０９の図示は省略している。

【図5】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は同実施例２のスピン溶着部品１０１の変形例である。

【図6】同実施例２のスピン溶着部品１０１が基材１０８に溶着された状態の模式断面図である。

【図7】（ａ）は本発明による実施例３のスピン溶着部品２０１の上からの斜視図である。（ｂ）は同実施例３のスピン溶着部品２０１の下からの斜視図である。（ｃ）は同実施例３のスピン溶着部品２０１の正面図である。なお、溶融樹脂２０９の図示は省略している。

【図8】（ａ）は同実施例４のスピン溶着部品４０１を基材４０８に載置した状態の模式断面図である。（ｂ）は同実施例５のスピン溶着部品５０１を基材５０８に載置した状態の模式断面図である。

【図9】本発明実施形態のスピン溶着部品を基材に発熱溶着した場合、凹面積と強度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施例１によるスピン溶着部品１について図１，図２を参照して説明する。スピン溶着部品１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示す通り、略円柱状の軸部２と、軸部２の下部から外側に向かって円板状に延設されるフランジ部３と、を備えた本体部を備える。また、スピン溶着部品１は、軸部２の底面の全部又は一部が開口した開口部４と、を備える。

【0018】

スピン溶着部品１の形状について、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して、より具体的に説明する。スピン溶着部品１は軸部２とフランジ部３とが一体的に成形されたプラスチック成形部品である。軸部２は、略円筒状の筒体５と、筒体５の上部に一体的に設けられる上板６とを備えたキャップ形状に構成されている。フランジ部３は、軸部２の下端を基部としてその半径方向外側に向かって円周から延設される環状の板部材である。開口部４は筒体５の底部の中心に形成され、軸部２の内部の空洞を構成するものであり、スピン溶着部品１の底面から上方に向かって凹んだ形状のものである。筒体５の底部はフランジ部３の内周部と接続され、筒体５はフランジ部３から上方に延び出している。筒体５は、下方に拡径した形状であるが、同径でも良い。上板６の中央には製品形状の例として上部穴７を備えるが、これは任意であって設けなくともよい。その他、スピン溶着部品１に対してスピン溶着のための形状や仕様上の製品形状を任意に設けることもできる。

【0019】

スピン溶着部品１の材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂や、ガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック等の複合材料を用いることができる。

【0020】

スピン溶着部品１を取り付ける被溶着部材は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、アクリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂や、これら熱可塑性樹脂を含むガラス繊維、炭素繊維、ケナフ等との複合材料を用いることができる。

【0021】

本実施例では、スピン溶着部品１はポリプロピレンからなり、フランジ部３の直径がφ４０ｍｍ、開口部４の直径がφ２２ｍｍである。被溶着部材である基材８はケナフ５０％、ポリプロピレン５０％の複合材料からなる板状部材である。

【0022】

スピン溶着部品１の溶着方法について説明する。スピン溶着部品１は、被溶着部材である基材８の上方において治具（図示略）を介してスピン溶着機（図示略）に固定される。部材のセットが完了したら、スピン溶着機（図示略）によりスピン溶着部品１を高速回転させつつ、下降させる。スピン溶着部品１が基材８に接触した後も下方に荷重をかけて密着状態としつつ、定点上でスピン溶着部品１を高速回転させるとスピン溶着部品１と基材８が摩擦熱で溶融し、図２に示す通りに、前記回転により、溶融樹脂が開口部４の中心に向かってに流れ込み、開口部４に流れ込んだ溶融樹脂が固化することにより、スピン溶着部品１と基材８とを溶着する。スピン溶着部品１は、自動車内装部品に用いるほか、各種ブラケット等の小部品に好適に用いることができる。

【0023】

スピン溶着部品１の作用・効果について説明する。図２に示すスピン溶着部品１の取付け状態においては、フランジ部３下面のＡ部において基材８と溶着される。この点について、開口部４を有しない従来のスピン溶着部品１１を表す図３を参照して比較する。

【0024】

従来のスピン溶着部品１１は、開口部４を備えない他はスピン溶着部品１と同じ形状、寸法、材料からなるものである。これを用いてスピン溶着すると、図３に示す通り、溶着樹脂１９が中央に集まった状態で固化してしまう。

【0025】

溶着樹脂１９が中央に集まった状態で固化する原理について審らかではないが、上記の条件における相当数の実験によっては結果として、そのようになっている。溶着樹脂１９が中央に集まった状態で固化すると、スピン溶着部品１１は図中のＢ部によってのみ溶着されてＡ部では溶着されず、基材１８から浮き上がったような状態となり、取付け精度や溶着強度にバラツキが生じ、またその強度も全体的に低くなってしまう。外観も悪くなる。

【0026】

一方、本発明の実施例１によるスピン溶着部品１を用いると、スピン溶着中に溶融した溶着樹脂のうち一部は開口部４に流れ込み、Ａ部すなわちフランジ部３の底面全体で溶着されるため、従来よりも強い溶着強度を得ることができる。また、溶着された状態における部材の浮き上がりを防止し、狙いの取付け精度や溶着強度を安定して得ることができる。

【0027】

以下、本発明の実施例２によるスピン溶着部品１０１について図４〜図６を参照して説明する。実施例１と共通する構成に付す符合は実施例１におけるものの１００番台とし、実施例１と共通する点についてはこれを援用し、説明を省略する。スピン溶着部品１０１は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す通り、スピン溶着部品１と同様に略円柱状の軸部１０２と、軸部１０２の下部から外側に向かって円板状に延設されるフランジ部１０３と、フランジ部１０３の底面の一部が開口した開口部１０４と、を備える一方で、開口部１０４の開口高さをスピン溶着部品１におけるものよりも少ない断面逆凹形状とし、内天井１１０を設けたものである。

【0028】

実施例２における開口部１０４は、軸部１０２内の上部を閉塞して内天井１１０が設けられたことにより、略短円筒状の空洞となった部分であり、断面が逆凹形状となったものである。内天井１１０の設け方の例を図５に示す。図５（ａ）は開口部１０４以外の空洞はスピン溶着部品１０１の成形とともに一体的に埋めて無垢材としその内部の形状を内天井１１０としたものである。図５（ｂ）は軸部１０２´内の空洞を仕切るように内天井１１０´を設けたものである。図５（ｃ）は実施例１のスピン溶着部品１と同様な形状の部品における軸部１０２´´内の空洞を後から穴埋め材１１１で埋めたものである。穴埋め材１１１は軸部１０２´´と同じ材質であってもよいし、別の材質であってもよい。例えば溶着樹脂との溶着強度を得るために繊維複合材料や多孔質の材料を用いることができる。

【0029】

スピン溶着部品１０１は、実施例１と同様にスピン溶着部品１０１をスピン溶着機（図示略）にセットし、基材１０８にスピン溶着する（図６参照）。

【0030】

スピン溶着部品１０１の作用・効果について説明する。図６に示すスピン溶着部品１０１の取付け状態において、実施例１と同様に溶融樹脂１０９が開口部１０４へ集まるところ、内天井１１０で抑え込む状態となり、溶融樹脂１０９が内天井１１０に当接して固化するため、実施例１と同様にしてＡ部が溶着されるのに加えて、Ｂ部も溶着されている状態となる。

【0031】

これにより、スピン溶着部品１０１の底面全体を溶着することができ、実施例１よりさらに強力な溶着を得ることができる。また、底面全体を溶着することにより、設定した強度に対して実際の製品の溶着強度のバラツキは小さくなるため、スピン溶着において必要以上の荷重をかける必要が無くなり、スピン溶着部品１０１や基材１０８の変形によって外観を損ねることがなくなる。またこれにより、寸法精度も得やすくなる。

【0032】

スピン溶着部品１０１においては、軸部１０２ないしフランジ部１０３と、溶融樹脂１０９と、基材１０８とにおいて同種の熱可塑性樹脂またはこれらを含む複合材料を用いることが好ましいが、異種材料を用いても、溶融樹脂１０９が軸部１０２ないしフランジ部１０３および基材１０８にしっかりと密着する効果を発揮して、強度の向上を図ることができる。

【0033】

本発明の実施例３によるスピン溶着部品２０１について図７を参照して説明する。実施例２と共通する点についてはこれを援用し、説明を省略する。スピン溶着部品２０１は、図７（ａ）〜（ｃ）に示す通り、フランジ部を設けずに全体が略円筒形状であり、底面に断面逆凹形状の開口部２０４を設け、内天井２１０を備えるものである。実施例３のスピン溶着部品２０１においても、実施例２と同様の作用・効果を得ることができる。

【0034】

本発明の実施例４によるスピン溶着部品４０１について図８（ａ）を参照して説明する。実施例１−３と共通する点についてはこれを援用し、説明を省略する。スピン溶着部品４０１は、図８（ａ）に示す通り、フランジ部４０３の底面のみにおいて円形の溶着樹脂膜４０９を軸部４０２とフランジ部４０３に貼着するものであるが、溶着樹脂４０９は開口部４０４を覆ってもよいし、覆わないようにしてもよい。スピン溶着部品４０１にはスピン溶着に用いる前にあらかじめその底面に溶融材料となる溶着樹脂４０９が貼着される。実施例４のスピン溶着部品４０１においても、実施例１−３と同様の作用・効果を得ることができる。

【0035】

溶融材料となる溶着樹脂４０９は、スピン溶着部品４０１と同種の熱可塑性樹脂またはこれらを含む複合材料を用いることが好ましいが、これに限らずその他の材料を用いることもできる。ここでは、溶着樹脂４０９は、基材４０８と同じくケナフ５０％、ポリプロピレン５０％の複合材料をスピン溶着部品４０１の底面に貼着して設けている。

【0036】

スピン溶着部品４０１の溶着方法について説明する。スピン溶着部品４０１は、被溶着部材である基材４０８の上方において治具（図示略）を介してスピン溶着機（図示略）に固定される。部材のセットが完了したら、スピン溶着機（図示略）によりスピン溶着部品４０1を高速回転させつつ、下降させる。スピン溶着部品４０１が基材４０８に接触した後も下方に荷重をかけて密着状態としつつ、定点上でスピン溶着部品４０１を高速回転させると溶着樹脂４０９が摩擦熱で溶融し、前記回転により、溶融樹脂４０９が開口部４０４に流れ込み、開口部４０４に流し込んだ溶融樹脂が固化することにより、スピン溶着部品４０１と基材４０８とを溶着する。

【0037】

本発明の実施例５によるスピン溶着部品５０１について図８（ｂ）を参照して説明する。実施例４と共通する点についてはこれを援用し、説明を省略する。このスピン溶着部品５０１は、開口部５０４の容積を小さくしたものであり、実施例４と同様の作用・効果を得ることができる上、開口部５０４の容積を制限したため、発熱溶着時に、溶融樹脂を上から押さえつける効果がある。

【0038】

図９は、開口部４、１０４、２０４、４０４，５０４の凹面積に対する強度の関係を示すグラフである。ここでいう凹面積（％）は、スピン溶着部品１、１０１、２０１、４０１、５０１の底面の面積（ドーナッツ形状の面積、すなわち、溶融される樹脂の存在する底面積）に対する開口部４、１０４、２０４、４０４，５０４（空洞）の底面の面積比率を％割合で示したものである。スピン溶着部品１、１０１、２０１、４０１、５０１の全体の径が２０ｍｍ〜４０ｍｍを示すものである。タイプＡは開口部のあるもの、タイプＢは底面に開口部のないものを示す。溶着面積に対して、凹面積が５〜３５％であれば、強度の増加が見込まれる。溶着強度は最大１．５倍程度になる。

【0039】

スピン溶着部品１、１０１、２０１、４０１、５０１の回転速度は２，５００ｒｐｍ程度が例示されるが、これは樹脂の材質、スピン溶着部品の形状等に依存するので、回転速度は、この数値に限定されることはなく、適宜の範囲を採択可能である。

【0040】

以上、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得るものである。また、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることができるものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれることとなる。

【符号の説明】

【0041】

１，１０１，２０１・・・スピン溶着部品
２，１０２・・・軸部
３，１０３・・・フランジ部
４，１０４・・・開口部
１１０・・・内天井
８，１０８・・・基材
９，１０９・・・溶融樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】