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(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】
(24)【登録日】2021-12-13
(45)【発行日】2022-01-13
(54)【発明の名称】樹脂製部品の製造方法
(51)【国際特許分類】
   B29C 65/02 20060101AFI20220105BHJP
   B29C 65/08 20060101ALI20220105BHJP
   B29C 70/06 20060101ALI20220105BHJP
   B29C 59/02 20060101ALI20220105BHJP
【FI】
B29C65/02
B29C65/08
B29C70/06
B29C59/02 B
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2018054445
(22)【出願日】2018-03-22
(65)【公開番号】P2019166668
(43)【公開日】2019-10-03
【審査請求日】2020-03-10
(73)【特許権者】
【識別番号】391002498
【氏名又は名称】フタバ産業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000578
【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】倉地 正和
【審査官】山本 雄一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2015/163218(WO,A1)
【文献】特開平05-077253(JP,A)
【文献】特開2013-233729(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】
強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成された樹脂材料を加熱する第1の工程と、
成形面よりも凹んだ部分である成形型凹部と、前記成形型凹部の隣に形成された、前記成形面から突出した部分である成形型凸部であって、前記樹脂材料を前記成形型凹部側に隆起させるための前記成形型凸部と、を有する成形型で、前記第1の工程で加熱された前記樹脂材料を押圧して前記成形型凹部側に隆起させることによって、前記樹脂材料の表面から突出した部分である材料凸部と、前記樹脂材料の表面よりも凹んだ部分である材料凹部と、を形成する第2の工程と、
前記第2の工程で前記材料凸部が形成された樹脂材料である第1の樹脂部材における前記材料凸部と、前記第1の樹脂部材とは別の樹脂部材であって熱可塑性樹脂から形成された第2の樹脂部材と、を当接させた状態で、前記材料凸部と前記第2の樹脂部材との当接部分を溶着機で溶着する第3の工程と、
を有する、樹脂製部品の製造方法。
【請求項2】
請求項に記載の樹脂製部品の製造方法であって、
前記第3の工程は、前記当接部分を振動によって発熱させることにより溶着する工程である、樹脂製部品の製造方法。
【請求項3】
請求項1又は請求項に記載の樹脂製部品の製造方法であって、
前記成形型凹部及び前記成形型凸部は、いずれの前記成形型凹部の両側も前記成形型凸部に挟まれる形で並んでいる、樹脂製部品の製造方法。
【請求項4】
請求項1から請求項までのいずれか1項に記載の樹脂製部品の製造方法であって、
前記樹脂材料の厚さをT、前記材料凹部の深さをY1、前記材料凸部の高さをY2としたとき、これらの関係は、0.05T≦Y1,Y2≦0.5Tの式で表すことができる、樹脂製部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、樹脂製部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
強化繊維を含有する熱可塑性の樹脂材料(以下「強化樹脂材料」という。)を用いた樹脂製部品が知られている。例えば、特許文献1には、強化樹脂材料から形成された樹脂部材と他の樹脂部材との溶着のために、これらの樹脂部材の少なくとも一方に格子状の凸条又は溝を、一体成形又は成形後に切り込む方法により形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2014-151558号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
強化樹脂材料から形成された樹脂部材には、強化繊維の密度が高い部分と低い部分とが形成される。強化繊維は熱可塑性樹脂よりも溶融温度が高いことが一般的であり、強化繊維の密度が高い部分は、密度が低い部分と比較して、他の樹脂部材と溶着しにくい。このため、溶着された部分の品質が不安定になるという問題があった。
【0005】
本開示の一局面は、強化樹脂材料から形成された樹脂部材と他の樹脂部材との溶着品質を安定させるための技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様は、樹脂製部品の製造方法であって、第1の工程と、第2の工程と、を有する。第1の工程は、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成された樹脂材料を加熱する工程である。第2の工程は、第1の工程で加熱された樹脂材料を、凹部を有する成形型で押圧して凹部側に隆起させることによって、樹脂材料の表面から突出した部分である凸部を形成する工程である。
【0007】
このような製造方法によれば、強化繊維の密度が低い凸部を樹脂製部品に形成することができる。すなわち、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂において、強化繊維は樹脂と比較して流動性が低い。このため、強化繊維を含有する樹脂材料が加熱された状態で押圧されると、当該樹脂材料のうち、主に樹脂が成形型の凹部の方向へ移動することにより隆起し、強化繊維の密度が低い凸部が樹脂材料に形成される。その結果、強化繊維の密度が低い凸部において他の樹脂材料と溶着することが可能となり、強化樹脂材料から形成された樹脂部材と他の樹脂部材との溶着品質を安定させることができる。
【0008】
本開示の一態様は、第3の工程を更に有してもよい。具体的には、第3の工程は、第2の工程で凸部が形成された樹脂材料である第1の樹脂部材における凸部と、第1の樹脂部材とは別の樹脂部材であって熱可塑性樹脂から形成された第2の樹脂部材と、を当接させた状態で、凸部と第2の樹脂部材との当接部分を溶着機で溶着する工程である。このような製造方法によれば、第1の樹脂部材における強化繊維の密度が低い凸部と、第2の樹脂部材とが溶着されるため、溶着品質が安定した樹脂製部品を製造することができる。
【0009】
本開示の一態様では、第3の工程は、凸部と第2の樹脂部材との当接部分を振動によって発熱させることにより溶着する工程であってもよい。このような製造方法によれば、第1の樹脂部材が凸部において第2の樹脂部材と当接するため、第1の樹脂部材と第2の樹脂部材との当接状態が安定する。その結果、振動によって発熱させる溶着による溶着品質を安定させることができる。
【0010】
本開示の一態様では、成形型は、凹部の隣に、樹脂材料を凹部側に隆起させるための突起部を更に有してもよい。このような製造方法によれば、樹脂材料を成形型の凹部側に隆起させやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本実施形態の樹脂製部品を示す模式的な断面図である。
図2】本実施形態のアンダーカバーの模式的な外観図である。
図3】本実施形態の加熱工程を示す模式的な図である。
図4】本実施形態の成形工程を示す模式的な断面図である。
図5】本実施形態の溶着工程を示す模式的な断面図である。
図6】本実施形態の溶着工程後のアンダーカバー及び吸音材を示す模式的な断面図である。
図7】第1変形例のアンダーカバーの模式的な外観図である。
図8】第2変形例のアンダーカバーの模式的な外観図である。
図9】第3変形例のアンダーカバーの模式的な外観図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
[1.構成]
図1に示す樹脂製部品1は、車両のボディ底部に配設される樹脂製の部品である。樹脂製部品1は、アンダーカバー2と、吸音材3と、を備える。アンダーカバー2は、周知の板状のカバーであって、強化繊維の一例としてのガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂である強化樹脂材料から形成されている。本実施形態では、アンダーカバー2は、ガラス長繊維マットを含有する熱可塑性樹脂(ポリプロピレン)であるGMT(Glass-Mat reinforced Thermoplastics)から形成されている。吸音材3は、熱可塑性樹脂から形成された吸音性を有する周知の部材である。本実施形態において、吸音材3は、アンダーカバー2と同じ種類の熱可塑性樹脂であって強化繊維を含有しない熱可塑性樹脂から形成されている。
【0013】
アンダーカバー2と吸音材3とは、超音波溶着により互いに溶着されている。ここで、図2に示すように、溶着前におけるアンダーカバー2は、少なくともその一面に、溶着部20を有する。溶着部20は、後述する溶着工程において、吸音材3と溶着される部分である。溶着部20は、平面視において四角形、この例では正方形、の部分であって、複数の凹部21及び複数の凸部22を有する。凹部21は、アンダーカバー2の平面状の表面23よりも凹んだ部分、換言すれば表面23よりも内側に形成される空間であって、凸部22は、表面23から突出した部分である。複数の凹部21及び複数の凸部22は、いずれも直線状であって、表面23において交互に並んで配置されている。なお、図2は、溶着部20の形状を説明するためのアンダーカバー2の模式的な外観図であって、溶着部20の位置及び数並びにアンダーカバー2の形状を正確に示したものではない。
【0014】
次に、本実施形態の樹脂製部品1の製造方法について説明する。
樹脂製部品1の製造方法には、加熱工程と、成形工程と、溶着工程と、が含まれる。
加熱工程は、図3に示す樹脂材料2Aを、図示しないヒーターによって所定の温度に加熱する工程である。樹脂材料2Aは、後述する成形工程にて成形される前のアンダーカバー2であって、平板状の部材である。つまり、樹脂材料2Aは、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成されている。なお、ここでいう所定の温度とは、樹脂材料2Aの溶融温度未満の温度であって、樹脂材料2Aが変形しやすくなる温度をいう。
【0015】
成形工程は、加熱工程よりも後の工程であって、樹脂材料2Aにおける吸音材3と溶着される面にプレス成形にて溶着部20を成形する工程である。溶着部20の成形には、図4に示す成形型4が用いられる。成形型4は、樹脂材料2Aと当接する面である成形面43に、凹凸部40を有する。凹凸部40は、複数の凹部41及び複数の凸部42を有する。凹部41は、成形面43よりも凹んだ部分、換言すれば成形面43よりも内側に形成される空間であって、凸部42は、成形面43から突出した部分である。凹部41及び凸部42は、成形面43において、直線状かつ交互に複数並んでいる。凹部41及び凸部42は、いずれの凹部41の両側も凸部42に挟まれる形で並んでいる。換言すれば、凸部42の数は、凹部41の数よりも1つ多い。
【0016】
成形工程では、このような形状の成形型4により、加熱工程で加熱された樹脂材料2Aがプレス成形される。具体的には、樹脂材料2Aにおける平面状の表面23Aが、凹凸部40を有する成形面43で押圧される。その結果、次のような作用により、上述した溶着部20が表面23Aに形成される。すなわち、表面23Aが成形面43で押圧されることにより、複数の凸部42が樹脂材料2Aにおける図4に示す位置Aまで入り込む。これにより、樹脂材料2Aの一部が凹部41の方向に流動して表面23Aから隆起することにより、上述した凸部22が形成される。同時に、樹脂材料2Aにおける複数の凸部42が入り込んだ部分に、上述した凹部21が形成される。ここで、強化繊維は樹脂と比較して流動性が低いため、樹脂材料2Aのうち、主に樹脂が凹部41の方向へ移動する。したがって、凸部22は、樹脂材料2Aにおける残りの部分と比較して強化繊維の密度が低くなる。
【0017】
凹部21及び凸部22は、いずれの凸部22の両側も凹部21に挟まれる形で並んでいる。換言すれば、凹部21の数は、凸部22の数よりも1つ多い。表面23Aにおける、凹部21が形成されている箇所の最も凹んだ面及び凸部22が形成されている箇所の最も突出した面はそれぞれ、表面23Aと平行な平面である。また、複数の凹部21は、表面23Aを基準とした深さが互いに等しい。同様に、複数の凸部22も、表面23Aを基準とした高さが互いに等しい。また、凸部22はそれぞれ、幅が先端に向かって徐々に狭くなる形状である。さらに、図4に示すように、凹部21の深さをY1及び凸部22の高さをY2とすると、深さY1及び高さY2の関係はY1≒Y2で表すことができる。また、樹脂材料2Aの厚さをTとすると、厚さT、深さY1及び高さY2の関係は、0.05T≦Y1,Y2≦0.5Tの式で表すことができる。なお、Y1及びY2の関係は、本実施形態に限定されるものではなく、例えばY1>Y2で表されるものであったり、Y1<Y2で表されるものであってもよい。
【0018】
以上のように、表面23Aに溶着部20が成形される。なお、本実施形態では、成形工程において、アンダーカバー2における溶着部20以外の部分の形状についても成形される。つまり、成形工程後の樹脂材料2Aが、表面23に溶着部20を有するアンダーカバー2である。
【0019】
溶着工程は、成形工程よりも後の工程であって、アンダーカバー2と吸音材3とを超音波溶着する工程である。具体的には、溶着工程では、図5に示すように、アンダーカバー2における凸部22と、吸音材3とを当接させた状態で、超音波溶着機のホーン5を吸音材3に当接させ、凸部22と吸音材3との当接部分を超音波溶着する。図6に示す超音波溶着後のアンダーカバー2及び吸音材3との当接部分には、超音波溶着によって互いに溶着された部分である溶着当接部Xが形成される。なお、ホーン5は、超音波の共振体である。このような製造方法によって、樹脂製部品1が製造される。
【0020】
[2.効果]
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
(1a)本実施形態の樹脂製部品1の製造方法によれば、成形工程で、ガラス繊維の密度が低い凸部22をアンダーカバー2に形成し、溶着工程で、凸部22と吸音材3とを溶着することが可能となる。すなわち、ガラス繊維を含有する樹脂材料から形成された一般的な樹脂部材には、ガラス繊維の密度が高い部分と低い部分とが形成される。ガラス繊維は熱可塑性樹脂よりも溶融温度が高いことが一般的であり、ガラス繊維の密度が高い部分は、密度が低い部分と比較して、他の樹脂部材と溶着しにくい。これに対し、本実施形態の成形工程では、ガラス繊維の密度が低い、換言すればガラス繊維の密度のばらつきが少ない凸部22を形成することができる。その結果、ガラス繊維を含有する樹脂材料から形成されたアンダーカバー2と、樹脂材料から形成された吸音材3との溶着品質を安定させることができる。
【0021】
(1b)溶着工程では、アンダーカバー2における複数の凸部22と、吸音材3との当接部分が超音波溶着される。このような製造方法によれば、アンダーカバー2と吸音材3との当接状態が安定した状態で、超音波溶着を行うことができる。その結果、凸部を有しないアンダーカバーと吸音材3との溶着と比較して、溶着品質が安定した樹脂製部品1を製造することができる。特に、本実施形態の複数の凸部22は、表面23Aを基準とした高さが互いに等しい。このため、アンダーカバー2と吸音材3との当接状態がより安定する。
【0022】
また、本実施形態の製造方法によれば、超音波溶着機のホーン5にも、次のような効果がある。すなわち、超音波溶着機には、溶着品質を安定させるため、ホーンにおける溶着対象の部材と当接する面に、凹凸形状の凹凸部が設けられている場合がある。この場合、当該凹凸部は、超音波溶着が繰り返し行われることにより、摩耗しすり減る。その結果、溶着品質の低下が発生し得る。このため、超音波溶着機には、点検や交換など、ホーンの凹凸部の定期的なメンテナンスが必要となる。これに対し、本実施形態のアンダーカバー2には、吸音材3と溶着する面に凹凸形状である溶着部20が形成されている。このため、ホーン5に凹凸部を設けなくても、一定の溶着品質を保つことができる。その結果、ホーンの凹凸部の摩耗に起因する溶着品質の低下の問題が生じず、当該凹凸部の摩耗に起因するホーンの定期的なメンテナンスの頻度が減少する。
【0023】
(1c)成形工程では、凸部42が樹脂材料2Aに入り込むことにより、樹脂材料2Aの一部が凹部41の方向に流動して表面23Aから隆起する。これにより、凹部41の方向に突出した凸部22が形成される。このような製造方法によれば、樹脂材料2Aを、凹部41側に隆起させやすくすることができる。特に、本実施形態の成形型4は、各凹部41の両隣に凸部42を有するため、左右両側から凸部42が樹脂材料2Aを押圧することにより凸部22が形成される。このため、安定した凸部22の形成が可能である。また、凸部22はそれぞれ、幅が先端に向かって徐々に狭くなる形状である。このため、凸部が一定幅である場合と比較して、ガラス繊維が凸部22の先端に向かって流動しにくく、よりガラス繊維の密度が低い凸部22を形成することができる。これは、流動性の高いガラス短繊維を含有する熱可塑性樹脂に特に効果がある。
【0024】
なお、本実施形態では、加熱工程が第1の工程の一例に相当し、成形工程が第2の工程の一例に相当し、溶着工程が第3の工程の一例に相当する。また、アンダーカバー2が第1の樹脂部材の一例に相当し、吸音材3が第2の樹脂部材の一例に相当し、凸部42が突起部の一例に相当する。
【0025】
[3.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【0026】
(2a)上記実施形態では、直線状の凹部21及び凸部22を有する溶着部20を例示したが、溶着部の形状はこれに限定されるものではない。
例えば、図7に示すアンダーカバー6は、溶着部20とは形状が異なる溶着部60を有する点でアンダーカバー2と相違する。溶着部60は、平面視において四角形、この例では正方形、の部分であって、複数の凹部61及び複数の凸部62を有する。複数の凹部61及び複数の凸部62は、互いに相似形、この例では正方形、の枠状の凹部及び凸部であって、それぞれの2つの対角線が一致するように配置されている点で、凹部21及び凸部22と相違する。凹部61及び凸部62は、表面63において交互に並んで配置されている。この例では、溶着部60の最も外側に凹部61が位置している。なお、溶着部60を形成する成形型は、溶着部60と凹部及び凸部の位置が逆転した形状の凹凸部を有する。このような溶着部60によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0027】
また例えば、図8に示すアンダーカバー7は、溶着部20とは形状が異なる溶着部70を有する点でアンダーカバー2と相違する。溶着部70は、平面視において円形の部分であって、複数の凹部71及び複数の凸部72を有する。複数の凹部71及び複数の凸部72は、いずれも円環状の凹部及び凸部であって、それぞれの中心点が一致するように配置されている点で、凹部21及び凸部22と相違する。凹部71及び凸部72は、表面73において交互に並んで配置されている。この例でも、溶着部70の最も外側に凹部71が位置している。なお、溶着部70を形成する成形型は、溶着部70と凹部及び凸部の位置が逆転した形状の凹凸部を有する。このような溶着部70によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0028】
また例えば、図9に示すアンダーカバー8は、溶着部20とは形状が異なる溶着部80を有する点でアンダーカバー2と相違する。溶着部80は、平面視において四角形、この例では正方形、の部分であって、複数の凹部81及び複数の凸部82を有する。複数の凹部81及び複数の凸部82は、いずれも平面視において四角形、この例では正方形の凹部及び凸部であって、網の目状に配置されている点で、凹部21及び凸部22と相違する。凹部81及び凸部82は、表面83において交互に並んで配置されている。つまり、溶着部80は、市松模様状である。このような溶着部80によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0029】
(2b)溶着部が有する凹部及び凸部の形状は、上記実施形態で例示した凹部21及び凸部22の形状に限定されるものではない。例えば、各凹部及び各凸部は、アンダーカバーの表面を基準とした深さ及び高さが異なっていてもよく、また例えば、最も凹んだ面及び最も突出した面が、当該表面と平行な平面でなくてもよい。また例えば、各凹部及び各凸部は、それぞれ異なる形状であってもよく、特に限定されない。
【0030】
(2c)上記実施形態では、アンダーカバー2を形成する強化樹脂材料として、GMTを例示したが、強化樹脂材料は、他の種類の強化樹脂材料であってもよい。
【0031】
(2d)上記実施形態では、強化樹脂材料が含有する強化繊維として、ガラス繊維を例示した。しかしながら、強化繊維はこれに限定されるものではなく、例えば炭素繊維など、他の繊維であってもよく、また複数種類の繊維から構成されていてもよい。
【0032】
(2e)上記実施形態では、アンダーカバー2及び吸音材3に使用される熱可塑性樹脂として、ポリプロピレンを例示した。しかし、熱可塑性樹脂はこれに限定されるものではない。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリアミド、ABS樹脂、AS樹脂、ポリエチレン、熱可塑性ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン及びポリイミドなどでもよく、特に限定されない。また、アンダーカバーに使用される熱可塑性樹脂と吸音材に使用される熱可塑性樹脂とは、互いに異なる種類であってもよい。また、熱可塑性樹脂は、複数種類の樹脂から構成されていてもよい。
【0033】
(2f)上記実施形態では、強化繊維を含有しない熱可塑性樹脂から形成されている吸音材3を例示したが、吸音材は、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成されていてもよい。
【0034】
(2g)上記実施形態では、複数の凹部41及び複数の凸部42を有する成形型4を例示した。しかしながら、成形型の構成はこれに限定されるものではない。例えば、成形型は、凹部のみを有していてもよい。
【0035】
(2h)溶着部の構成は特に限定されるものではない。例えば、溶着部は、アンダーカバーの表面に、互いに離れて複数位置していてもよく、また例えば、互いに近くに又は一部が重なるように複数位置してもよい。
【0036】
(2i)上記実施形態では、強化繊維を含有する熱可塑性樹脂から形成された樹脂材料を加熱する第1の工程と、第1の工程で加熱された樹脂材料を成形型で押圧して凸部を形成する第2の工程と、が直列的に行われる製造方法を例示したが、第1の工程及び第2の工程が並列的に行われるようにしてもよい。例えば、成形面が所定の温度に加熱された成形型によって樹脂材料を加熱しつつ押圧する場合、成形型による樹脂材料の加熱が第1の工程に相当し、成形型による樹脂材料の押圧が第2の工程に相当する。樹脂材料を変形させるには樹脂材料の温度を上昇させる必要があるため、このような並列的な製造方法の場合であっても、樹脂材料は加熱された後に押圧されることになる。つまり、上記実施形態と同様の原理で凸部が形成され、その結果、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【0037】
(2j)上記実施形態では、前記当接部分を振動によって発熱させることにより溶着する第3の工程として、アンダーカバー2と吸音材3とを超音波溶着する溶着工程を例示した。しかしながら、第3の工程はこれに限定されるものではなく、例えば、振動溶着など、他の周知の溶着方法によって溶着する工程であってもよい。
【0038】
(2k)上記実施形態では、第1の樹脂部材としてアンダーカバー2を、第2の樹脂部材として吸音材3を例示したが、第1の樹脂部材及び第2の樹脂部材は特に限定されず、例えば第2の樹脂部材として断熱材を用いるなど、他の部材であってもよい。
【0039】
(2l)上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【0040】
1…樹脂製部品、2,6,7,8…アンダーカバー、2A…樹脂材料、3…吸音材、4…成形型、5…ホーン、20,60,70,80…溶着部、21,41,61,71,81…凹部、22,42,62,72,82…凸部、23,23A,63,73,83…表面、40…凹凸部、溶着当接部…X。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9