JP3733896B2 - 振動溶着方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の樹脂部品の当接面同士を振動させることによって溶着する振動溶着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、樹脂部品同士の安価な接合方法として振動溶着方法がある。この加工方法は、まず、複数の樹脂部品を加圧しながら当接させ、その当接面同士を振動させる。そしてこのとき発生する摩擦熱を利用して当接面の樹脂を溶融する。当接面の樹脂が溶融したら振動を停止し、これに伴い冷却凝固する当接面の樹脂により樹脂部品同士を接合するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、例えば、加圧状態のばらつき等により、振動時の当接面の発熱状態にばらつきが生じると、当接面の樹脂の溶融状態もばらつく。当接面の樹脂の溶融状態がばらつくと、樹脂が冷却凝固したときに安定した接合状態が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、樹脂部品同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能な振動溶着方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも２つの樹脂部品（７、８）を加圧しながら当接させ、その当接面（７１、８２）同士を振動させることによって当該２つの樹脂部品（７、８）を振動溶着する方法において、加圧開始後に、その加圧力を所定の上昇勾配で第１所定値（Ｐ１）まで上昇させ、その後、加圧力を前記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で、前記第１所定値（Ｐ１）よりも高い第２所定値（Ｐ２）まで上昇させることを特徴としている。
【０００６】
これによると、加圧開始後は、加圧力を所定の上昇勾配で第１所定値（Ｐ１）まで上昇させることにより発熱を促進する。しかし、一旦、樹脂部品（７、８）の当接面（７１、８２）の樹脂材料が発熱した後も同じ加圧力で加圧し続けると、当接面（７１、８２）における樹脂材料が過度に加熱され劣化する。このため、本発明では、加圧力が第１所定値（Ｐ１）に達した後も、加圧力を上記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で、第１所定値（Ｐ１）よりも高い第２所定値（Ｐ２）まで上昇させることにより、発熱した樹脂材料を当接面（７１、８２）から押し出す。これにより、発熱度の低い新規な樹脂材料面が現れるので、当接面（７１、８２）における樹脂材料の過加熱を防止することができる。
【０００７】
なお、樹脂部品（７、８）の当接面（７１、８２）は完全に平坦ではないので、樹脂部品（７、８）の当接面（７１、８２）の発熱状態にはばらつきが生じる。当接面（７１、８２）全体に渡って良好な溶着状態を得るためには、当接面（７１、８２）全体の発熱状態を極力均一にする必要がある。従って、当接面（７１、８２）全体に渡ってほぼ均一な発熱状態となる程度まで、当接面の樹脂材料を溶融する必要がある。この場合に、樹脂部品（７、８）の当接面（７１、８２）の発熱状態にばらつきが生じても、先に発熱状態となった部分の樹脂材料の過加熱を上記の方法により防止することができる。
【０００８】
このように、樹脂部品（７、８）の当接面（７１、８２）の樹脂材料の過加熱を防止することにより、当接面（７１、８２）全体に渡って、劣化しておらず溶融状態がほぼ均一な樹脂材料を凝固させて、樹脂部品（７、８）同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、加圧力の第２所定値（Ｐ２）までの上昇は、振動終了時点まで継続して行われることを特徴とする。これにより、振動が付与されている期間中は、加圧力が継続して緩やかに上昇されるので、振動により発生する熱で、樹脂材料が過度に加熱されることを確実に防止することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、第２所定値（Ｐ２）とは所定の上限加圧力（Ｐ２）のことであり、加圧力は、上記所定の上限加圧力（Ｐ２）を超えない範囲で第１所定値（Ｐ１）から上昇されることを特徴とする。加圧力が所定の上限加圧力（Ｐ２）を超えてしまうと、樹脂材料が十分に加熱される前に、当接面から排除されてしまうため、良好な接合状態が得られない可能性が生ずる。このため、上限加圧力（Ｐ２）を超えない範囲で、加圧力を緩やかに上昇させることが有効である。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、第１所定値（Ｐ１）から第２所定値（Ｐ２）までの加圧力の上昇は、加圧力を一定に保持する期間と加圧力を増加する期間との組み合わせによって得ることを特徴とする。
【００１２】
加圧力を第１所定値（Ｐ１）から第２所定値（Ｐ２）まで上昇させるには、加圧力を連続的（リニア）に上昇させても良いのはもちろんであるが、加圧力を一定に保持する期間と加圧力を増加させる期間とを組み合わせて、その加圧力の上昇勾配を全体として緩やかになるようにしても良い。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明では、振動を開始後に、当接面（７１、８２）同士を振動させる際の移動速度を所定の上限値まで急峻に上昇させ、その後、その移動速度を緩やかに減少させることを特徴としている。
【００１４】
これによると、振動を開始後は、当接面（７１、８２）同士を振動させる際の移動速度を上限値まで急峻に上昇させることにより発熱を促進し当接面（７１、８２）の樹脂材料を溶融する。樹脂部品（７、８）の当接面（７１、８２）の樹脂材料が発熱溶融した後、徐々に移動速度を減少させることにより発熱を減少させて、当接面の樹脂材料が過度に加熱され劣化することを防止できる。
【００１５】
従って、劣化していない溶融状態の樹脂材料を凝固させて、樹脂部品（７、８）同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明では、２つの樹脂部品（７、８）の一方（７）を基準として他方（８）の位置を、当接面（７１、８２）の樹脂部品の溶け込み量（Ｍ）として計測し、この溶け込み量（Ｍ）が、時間の経過とともに増加しているか否かを判定し、その判定結果に基づき、溶着の良否を判断することを特徴としている。
【００１７】
従来、一般的な振動溶着方法においては、樹脂部品の当接面における溶け込み量が所定量となった場合に振動を停止し、当接面の溶融樹脂材料を凝固して接合を完了するものである。振動時の発熱むらによって当接面の樹脂材料の溶融状態にばらつきが生じた場合、発熱が進まない部分の樹脂材料が充分に発熱し溶融するまでは、溶け込み量はほとんど増加しない。そして、当接面全体が溶融したときに、一気に溶け込み量は増加し所定量に達するが、初期より発熱が進行している部分の樹脂材料は過度に加熱され劣化する。
【００１８】
このため、本発明では、溶け込み量（Ｍ）が時間の経過とともに増加しているか否かを判定し、時間の経過とともに増加している場合には、過加熱により劣化している樹脂材料はないものと判断することができる。従って、溶け込み量（Ｍ）が時間の経過とともに増加しているか否かの判定結果に基づいて、溶着の良否、すなわち樹脂部品（７、８）同士の接合状態の良否を判断することができる。このようにして、樹脂部品（７、８）同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【００１９】
溶け込み量（Ｍ）が時間の経過とともに増加しているか否かの判定結果は、具体的には、請求項７に記載の発明のように、溶け込み量（Ｍ）が、ともに時間の経過とともに増加する上下限値（Ｕ、Ｊ）によって規定される範囲（ＭＳ）にあるか否かを判定して得たり、請求項８に記載の発明のように、所定時間範囲内に目標とする溶け込み量が得られるか否かを判定して得ることができる。
【００２０】
また、請求項９に記載の発明では、少なくとも２つの樹脂部品（７、８）の内の１つの樹脂部品（７）の外周面に突起（７２）を設け、この樹脂部品（７）を振動治具（６）の保持部（６ａ）に圧入することによって振動治具（６）に固定し、この状態で振動治具（６）を振動させることによって当接面（７１、８２）同士を振動させることを特徴としている。
【００２１】
従来、一般的な振動溶着方法においては、振動治具の保持部とこれに装着される樹脂部品の外周面との間には、樹脂部品の寸法ばらつきを考慮しても、樹脂部品が振動治具の保持部に装着できるように、若干のクリアランスが存在するように構成される。このクリアランスの存在は、振動時にエネルギー伝達のロスを発生し、クリアランスのばらつきは、樹脂部品の当接面に伝達される振動エネルギーのばらつきとなる。
【００２２】
本発明では、樹脂部品（７）の外周面に突起（７２）を設け、この樹脂部品（７）を振動治具（６）の保持部（６ａ）に圧入し固定することにより、振動エネルギーを確実に伝達することができる。従って、樹脂部品（７）の当接面（７１）に伝達される振動エネルギーのばらつきが発生し難いので、樹脂部品（７、８）同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明では、一方の樹脂部品（７）を振動治具（６）に固定し、他方の樹脂部品（１０８）を静止治具（１３）に固定した状態で、振動治具（６）を振動させることによって当接面（７１、８２）同士を振動させるものであって、静止治具（１３）は、他方の樹脂部品（１０８）の形状に応じた受け面（１１４、１１５）を有し、当接面（７１、８２）同士の振動時に、当接面（７１、８２）に作用する加圧力を均一にすることを特徴としている。
【００２４】
これによると、静止治具（１３）に固定される樹脂部品（１０８）の形状が複雑であっても、振動時に当接面（７１、８２）に作用する加圧力を均一にすることができる。従って、当接面（７１、８２）の樹脂材料の発熱状態にばらつきが生じ難い。このようにして、樹脂部品（７、１０８）同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【００２５】
また、静止治具（１３）の受け面（１１４、１１５）は、具体的には、請求項１１に記載の発明のように、可動部（１１５）を有し、この可動部（１１５）は、他方の樹脂部品（１０８）の形状に応じて移動可能であるとともに、当接面（７１、８２）の振動時には非可動状態に固定されることにより、当接面（７１、８２）に作用する加圧力を均一にすることができる。
【００２６】
また、請求項１２に記載の発明では、当接面（８２）は、当接面（８２）各部の樹脂部品の剛性が略一定となるように形成されていることを特徴としている。
【００２７】
当接面各部の樹脂部品の剛性が異なると、剛性の低い部分は、当接面同士の振動時にその振動に同期して振動するため、剛性が高い部分ほどの発熱が得られない。このように、当接面各部の樹脂部品の剛性が異なると、剛性が高い部分の発熱が先行するため、発熱状態が不均一となり、当接面の樹脂材料の溶融状態がばらつき、安定した接合状態が得られない。
【００２８】
本発明では、当接面（８２）各部の樹脂部品の剛性を略一定となるように、当接面（８２）を形成しているので、当接面（８２）の樹脂材料の発熱状態にばらつきが生じ難い。従って、樹脂部品同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能になる。
【００２９】
また、当接面（８２）各部の樹脂部品の剛性は、具体的には、請求項１３に記載の発明のように、当接面（８２）が多角形状を有する際には、その角部（８１１）の樹脂部品の厚さを直線部（８１２）の樹脂部品の厚さよりも薄く形成することにより略一定にすることができる。
【００３０】
また、請求項１４に記載の発明のように、一方の樹脂部品（７）を振動治具（６）に固定し、他方の樹脂部品（８）を静止治具（１３）に固定した状態で、振動治具（６）を振動させることによって前記当接面（７１、８２）同士を振動させるものであり、他方の樹脂部品（８）は、上面を当接面（８２）とする多角形状のリブ部（８１）を有し、その角部（８１１）のリブ部の厚さ（Ｗ１）を直線部（８１２）のリブ部の厚さ（Ｗ２）よりも薄く形成することにより略一定にすることができる。
【００３１】
また、請求項１５に記載の発明では、少なくとも一方の樹脂部品（２０８）の当接面（２８２）に段差を設け、当該当接面（２８２）の樹脂部品の剛性が低い部位（９１２）が高い部位（９１１）よりも突出して形成されることを特徴としている。
【００３２】
これによると、当接面（２８２）の樹脂部品の剛性の低い部位（９１２）の発熱開始を先行させることができる。従って、当接面（２８２）の樹脂材料の発熱状態の不均一を防止することが可能となる。このようにして、樹脂部品（７、２０８）同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能になる。
【００３３】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における振動溶着機１の概略構成図である。
【００３６】
２はベースであり、ベース２上には縦方向に延びるフレーム３が設けられている。フレーム３の上方側方部には、支持部材４を介して、後述する振動治具６を振動させる振動子５が支持されている。振動子５の内部には、図示しない３つのドライバコイルが配設されており、この３つのドライバコイルに三相交流電流を流すことにより、振動治具６が固定された図示しない共振体を水平面上で円弧運動させるようになっている。本実施形態では、円弧運動を行なう振動子５を採用したが、水平一軸方向に往復運動する振動子を用いてもよい。
【００３７】
フレーム３の下方側方部には、スライドユニット１１を介して、上面に後述する静止治具１３を固定したテーブル１２が、上下方向にスライド可能に支持されている。そして、テーブル１２は、フレーム３内に設けられた油圧シリンダ１４の動作に伴い、上昇もしくは下降するようになっている。テーブル１２の昇降にエアシリンダを用いることも可能であるが、振動溶着時の加圧力制御の精度の点より油圧シリンダが好適である。
【００３８】
また、フレーム３の側方部には、テーブル１２の可動域上端のやや上方にテーブル１２の位置を検出するためのギャップセンサ１５が配設されている。本実施形態では、ギャップセンサ１５に、ギャップの大小によって生じる渦電流の大きさの変化を検出する非接触式タイプのギャップセンサを用いている。テーブル１２の位置検出には、このタイプのセンサに限らず、レーザを用いた非接触式センサや直接接触して測定を行なう接触式の測長器等を採用することもできる。
【００３９】
前述の振動治具６は、底面側に凹部形状をした保持部６ａを備えており、後述する振動溶着する２つの樹脂部品の内の一方の樹脂部品であるカバー７を保持するようになっている。また、静止治具１３は、上面側に凹部形状をした保持部１３ａを備えており、後述する振動溶着する２つの樹脂部品の内の他方の樹脂部品であるケース８を保持するようになっている。そして、保持部６ａ、１３ａにカバー７およびケース８をそれぞれ装着すると、カバー７およびケース８の振動溶着時の当接面が対向する位置に配置されるようになっている。
【００４０】
また、１００は制御手段である制御装置であり、図示しない操作盤の操作スイッチからの信号およびギャップセンサ１５からの信号等に基づいて、振動子５や油圧シリンダ１４を作動制御するようになっている。
【００４１】
図２は、本実施形態において振動溶着される樹脂部品の概略構造を示す図であり、図２（ａ）は、２つの樹脂部品であるカバー７およびケース８の斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の要部の形状を示す図である。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、カバー７は平板状の樹脂部品であり、ケース８は有底角筒状の樹脂部品である。本実施形態ではケース８内部に電子回路等を収納し、これを外部環境から保護するために、カバー７とケース８とを溶着接合して気密状態を形成するようになっている。そのため、ケース８の上面部には多角形状（本例では四角形状）のリブ部８１が形成されており、振動溶着時には、リブ部８１の上面部とこれに対向するカバー７下面の外周部とが、それぞれ当接面８２、７１となる。
【００４３】
なお、本実施形態において、カバー７およびケース８には、耐環境性や強度等の要求特性よりポリブチレンテレフタレートにガラス繊維を３０％含有した樹脂材料を採用している。また、ケース８は、高さ２．５ｍｍのリブ部８１を備えている。
【００４４】
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＡ部を拡大して示した平面図であり、リブ部８１以外は図示を省略している。図２（ｂ）に示すように、リブ部８１は、コーナー部（角部）８１１とストレート部（直線部）８１２とで厚さ（当接面８２の幅）が異なっている。本実施形態では、コーナー部８１１の厚さＷ１を０．９ｍｍ、ストレート部８１２の厚さＷ２を１．２ｍｍとしている。
【００４５】
リブ部８１を、Ｗ１とＷ２の厚さが同一となるように形成すると、水平方向の振動に対する剛性がコーナー部８１１よりストレート部８１２の方が低くなる。すると剛性の低いストレート部８１２は、振動溶着時、振動に同期して撓み易いため、コーナー部８１１より摩擦発熱量が少なくなり、発熱状態が不均一となる。上記のように、Ｗ２に対しＷ１を薄くすることにより、リブ部８１の各部の剛性を略一定とし、振動溶着時に発熱状態のばらつきを少なくすることができる。
【００４６】
図３は、振動治具６の保持部６ａにカバー７が保持された状態を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、カバー７の上面は保持部６ａの底面に当接する位置で固定されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＢ部を拡大した図であり、カバー７は、外周面に半球状の突起７２を備えている。一部図示を省略しているが、本例では、カバー７の外周面に全周に渡って８個の突起７２を備えている。
【００４７】
カバー７の幅が保持部６ａの幅より若干大きくなるように、突起７２は形成されており、カバー７を保持部６ａに圧入して固定するときには、突起７２の先端部が０．１〜０．２ｍｍ程変形して、保持部６ａの側面部に確実に保持されるようになっている。これにより、振動溶着時、振動治具６からカバー７に振動エネルギーを確実に伝達することができる。
【００４８】
次に、上述の構成において振動溶着方法を説明する。
【００４９】
図４は、制御装置１００の概略の制御動作を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、図１に示す振動溶着機１の振動治具６の保持部６ａにカバー７を固定するとともに、静止治具１３の保持部１３ａにケース７を固定する。そして、図示しない操作盤の操作スイッチがオンされると、制御装置１００からの信号により油圧シリンダ１４が作動し、テーブル１２が上昇していく。
【００５１】
この動作により、図２に示すカバー７の当接面７１とケース８の当接面８２とが当接し、両者が加圧される。図５に示す実線Ｃのように、加圧力が第１所定値Ｐ１（本例では０．２８ＭＰａ）になるまでは、所定の上昇勾配で加圧力を上昇させるとともに振動子５を振動させる（ステップＳ１）。本例では、周波数２００Ｈｚ、振幅０．４８ｍｍで振動させている。
【００５２】
その後、加圧力が第２所定値Ｐ２（本例では、０．３０ＭＰａ）になるまで、継続して、図５に示す所定パターンに従って、上記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で加圧力を上昇させる（ステップＳ２）。本例では、Ｐ１からＰ２までを１５秒間かけて上昇させている。すなわち、カバー７の当接面７１とケース８の当接面８２とは、１５秒間（ｔ１からｔ２まで）、図４に示すように加圧されながら、振動される。
【００５３】
これによると、加圧力が所定の上昇勾配で第１所定値Ｐ１まで上昇すると当接面７１、８２同士は振動され、摩擦熱により発熱する。しかし、一旦、当接面７１、８２の樹脂材料が発熱した後も、図５に示す破線Ｄのように同じ加圧力で加圧し続けると、当接面７１、８２における樹脂材料が過度に加熱され劣化する。本実施形態では、加圧力が第１所定値Ｐ１に達した後も、加圧力を上記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で第２所定値Ｐ２まで上昇させることにより、発熱した樹脂材料を当接面７１、８２から押し出す。これにより、発熱度の低い新規な樹脂材料面が現れるので、当接面７１、８２における樹脂材料の過加熱を防止することができる。
【００５４】
なお、カバー７およびケース８の当接面７１、８２は完全に平坦ではない場合もある。このときには、当接面７１、８２の発熱状態にばらつきが生じる。当接面７１、８２全体に渡って良好な溶着状態を得るためには、当接面７１、８２全体の発熱状態を極力均一にする必要がある。従って、当接面７１、８２全体に渡ってほぼ均一な発熱状態となる程度まで、当接面７１、８２の樹脂材料を溶融する必要がある。この場合に、当接面７１、８２の発熱状態にばらつきが生じても、先に発熱状態となった部分の樹脂材料の過加熱を上記の方法により防止することができる。
【００５５】
加圧力がＰ２まで達したら振動子５の振動を停止し（ステップＳ３）、所定時間後（本例では３秒後）、加圧力を除去する（ステップＳ４）。所定時間振動を停止している間は加圧力Ｐ２が加えられているとともに、振動は停止しているので、当接面７１、８２の樹脂材料は冷却凝固し、カバー７とケース８との溶着接合が完了する。
【００５６】
図４には図示していないが、ステップＳ１、Ｓ２が実行されている間、制御装置１００は、ギャップセンサ１５からの信号に基づいて、図６に示すように、テーブル１２の位置（ギャップセンサ１５とテーブル１２との間隔Ｌ）を計測している。なお、カバー７とケース８とが当接するまでは間隔Ｌは減少し続けてているが、溶着挙動と無関係であるのでギャップセンサ１５からの信号に係わらず計測していない。
【００５７】
カバー７とケース８とが当接し、加圧力が所定値まで急峻に上昇し、当接面７１、８２同士が振動されると、当接面７１、８２の樹脂材料が発熱溶融を開始するため、図６に示す実線Ｇ１のように、間隔Ｌは急峻に落ち込む。そしてその後、加圧力が緩やかに上昇するのに伴い、実線Ｇ２のように間隔Ｌは低下していく。間隔Ｌの変化は、カバー７とケース８との位置関係の変化を示すものであり、カバー７とケース８との当接時の間隔Ｌと実線Ｇ１、Ｇ２との差Ｍは、カバー７とケース８の当接面７１、８２における溶け込み量である。
【００５８】
従って、ステップＳ１、Ｓ２が実行されている間、制御装置１００は、カバー７とケース８の当接面７１、８２の溶け込み量Ｍを計測している。そして、この溶け込み量Ｍが、時間と共に増加しているか否かを判定する。判定方法としては、溶け込み量Ｍを示す間隔Ｌの値が、図４に示す範囲ＭＳ内にあるかどうかで判定する。
【００５９】
範囲ＭＳは、時間ｔ１からｔ２の間、時間とともに増加する溶け込み量Ｍの上限値Ｕと下限値Ｊとによって規定される範囲である。本例では、範囲ＭＳは、時間ｔ１においては上限値Ｕと下限値Ｊとの差が０．６ｍｍであり、時間ｔ２においては上限値Ｕと下限値Ｊとの差が０．２ｍｍとしている。このように範囲ＭＳを設定しているのは、溶着加工初期の樹脂材料の溶融状態よりも、溶着加工完了時付近の樹脂材料の溶融状態のほうが、冷却凝固後の溶着接合状態の安定化に与える影響が大きいからである。
【００６０】
間隔Ｌの値が溶け込み量Ｍの上限値Ｕよりも低くなった場合には、溶け込み量Ｍが大きすぎるということである。このような場合には、当接面７１、８２において、充分発熱溶融する前の樹脂材料を当接面７１、８２から押し出している可能性が大きく、冷却しても良好な溶着接合状態は得られない。
【００６１】
一方、間隔Ｌの値が溶け込み量Ｍの下限値Ｊよりも高くなった場合には、溶け込み量Ｍが小さすぎるということである。このような場合には、当接面７１、８２において、樹脂材料が過加熱状態となり劣化するため、冷却凝固しても良好な溶着接合状態は得られない。従って、間隔Ｌが範囲ＭＳ内にあるか否かを判定することにより、溶着接合状態の良否を判断する。そして、制御装置１００は、この判断結果を図示しない操作盤の表示部に表示する。これにより、溶着接合品の溶着の良否判定をすることができる。
【００６２】
上記の構成および振動溶着方法によれば、ケース８のリブ部８１の剛性を略一定とする構造により、振動溶着時の発熱状態のばらつきを少なくすることができる。また、カバー７の外周面に突起７２を設け、カバー７を保持部６ａに圧入して固定しているので、振動溶着時、振動治具６からカバー７に振動エネルギーを確実に伝達することができる。
【００６３】
また、当接面７１、８２が当接した後、加圧力を第１所定値Ｐ１まで所定の上昇勾配で上昇させ、継続して加圧力を上記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で、第１所定値Ｐ１よりも高い第２所定値Ｐ２まで上昇させることにより、当接面７１、８２における樹脂材料の過加熱を防止することができる。
【００６４】
これらによれば、カバー７とケース８との溶着接合状態が安定した接合品を得ることができる。
【００６５】
さらに、振動溶着加工中、カバー７とケース８との溶け込み量を経時的にモニタすることにより、万が一、溶着接合状態が良好でない接合品が加工されたとしても、これを分別することができる。従って、カバー７とケース８との溶着接合状態が安定した接合品を確実に得ることができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図に基づいて説明する。
【００６７】
第２の実施形態では、第１の実施形態に対し、樹脂部品であるケースの形状とこれを固定する静止治具の構造が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００６８】
本実施形態のケース１０８は、図７に示すように、第１筐体部１０９と第２筐体部１１０を連結部１１１で連結した構成である。従って、ケース１０８を樹脂で一体成形すると、第１筐体部１０９の底面と第２筐体部１１０の底面の高さの差Ｅはばらつきを生じ易い。
【００６９】
図８は、ケース１０８を静止治具１１３に固定する構成および動作を示す説明図である。なお、図８では、静止治具１１３の構成の内、ケース１０８の側面を保持する構成の図示を省略している。
【００７０】
図８（ａ）に示すように、静止治具１１３は、第１筐体部１０９の底面を支持する固定部１１４と第２筐体部１１０の底面を支持する可動部１１５を備えている。固定部１１４と可動部１１５とで、本実施形態における静止治具１１３の受け面を構成している。そして、可動部１１５とテーブル１２との間には、弾性部材であるスプリング１１６を備えている。
【００７１】
可動部１１５は側面部（図８中紙面表側）に下方を向いた傾斜面１１５ａを備えている。また、傾斜面１１５ａの左方には楔部材１１７が配設されている。そして、この楔部材１１７と連結したエアシリンダ１１８の作動により、楔部材１１７は、傾斜面１１５ａに対し当接および遊離できるようになっている。
【００７２】
次に、静止治具１１３の動作について説明する。
【００７３】
図８（ａ）に示すように、ケース１０８を静止治具１１３に装着するときには、楔部材１１７は傾斜面１１５ａから遊離した状態にある。ケース１０８が静止治具１１３に保持されたときには、スプリング１１６が変形することにより、寸法Ｅのばらつきを吸収して、第１筐体部１０９の底面は固定部１１４に密着し、第２筐体部１１０の底面は可動部１１５に密着するようになっている。なお、弾性部材はスプリングに限らず、寸法Ｅのばらつきを吸収できる程度に弾性変形可能なものであればよい。
【００７４】
両筐体部１０９、１１０が固定部１１４および可動部１１５にそれぞれ密着したら、エアシリンダ１１８を作動させる。これにより、図８（ｂ）に示すように、楔部材１１７を右方に移動させ、傾斜面１１５ａに当接させる。このとき、エアシリンダ１１８に加えられる圧力は、楔部材１１７が傾斜面１１５ａに当接したとき可動部１１５を上方に持ち上げない程度に小さいことが好ましい。
【００７５】
このように、楔部材１１７が傾斜面１１５ａに当接したら、図示しないロックピンにより楔部材１１７を静止治具１１３本体に対し固定し、可動部１１５を非可動状態とする。そして、その後、第１の実施形態と同様の手順でカバー７とケース１１８との振動溶着加工を行なう。このとき、ケース１０８は上方から加圧されるが、可動部１１５は非可動状態となっているので、第２筐体部１１０への加圧力が減少することはない。
【００７６】
上記の構成および作動によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加えて、静止治具１１３に固定されるケース１０８の底面側の寸法Ｅにばらつきがあっても、振動時に当接面に作用する加圧力を均一にすることができる。従って、当接面の樹脂材料の発熱状態にばらつきが生じ難くすることができる。このようにして、カバー７とケース１０８との接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【００７７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図に基づいて説明する。
【００７８】
第３の実施形態では、第１の実施形態に対し、樹脂部品であるケースのリブ部の形状が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。
【００７９】
図９は、本実施形態において振動溶着される樹脂部品の概略構造を示す図であり、図９（ａ）は、２つの樹脂部品であるカバー７およびケース２０８の斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の要部の形状を示す図である。
【００８０】
図９（ａ）に示すように、本実施形態のケース２０８の上面部には多角形状（本例では四角形状）のリブ部２８１が形成されており、振動溶着時には、リブ部２８１の上面部とこれに対向するカバー７下面の外周部とが、それぞれ当接面２８２、７１となる。
【００８１】
図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＦ部を拡大して示した斜視図であり、リブ部２８１以外は図示を省略している。図９（ｂ）に示すように、リブ部２８１は、コーナー部（角部）９１１とストレート部（直線部）９１２とで当接面２８２の高さが異なっている。すなわち当接面２８２に段差を設けている。本実施形態では、コーナー部９１１の当接面２８２ａの高さＨ１を２．２ｍｍ、ストレート部９１２の当接面２８２ｂの高さＨ２を２．５ｍｍとしている。
【００８２】
リブ部２８１を、高さＨ１とＨ２とが同一となるように形成すると、水平方向の振動に対する剛性がコーナー部９１１よりストレート部９１２の方が低くなる。すると剛性の低いストレート部９１２は、振動溶着時、振動に同期して撓み易いため、コーナー部９１１より摩擦発熱量が少なくなり、発熱状態が不均一となる。
【００８３】
上記のように、Ｈ２に対しＨ１を低くすることにより、言い換えれば、剛性の低いストレート部９１２の当接面２８２ｂを剛性の高いコーナー部９１１の当接面２８２ａよりも突出して形成することにより、振動溶着時、剛性の低いストレート部９１２の発熱開始を先行させることができる。従って、リブ部２８１の各部の発熱状態のばらつきを少なくすることができる。このようにして、カバー７とケース２０８との溶着接合状態が安定した接合品を得ることが可能になる。
【００８４】
（他の実施形態）
上記各実施形態において、振動溶着時には、図４に示すステップＳ１、Ｓ２のように、加圧開始後、当接面に加える加圧力を所定の上昇勾配で第１所定値Ｐ１まで上昇させ、その後、継続して加圧力を上記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で、第１所定値Ｐ１よりも高い第２所定値Ｐ２まで上昇させる加圧力制御を行ったが、加圧力は、図５に示す破線Ｄのように制御するとともに、振動を開始後に、当接面同士を振動させる際の移動速度を所定の上限値まで急峻に上昇させ、その後、その移動速度を緩やかに減少させるように振動子５を制御してもよい。
【００８５】
これによると、振動を開始後は、当接面同士を振動させる際の移動速度を上限値まで急峻に上昇させることにより発熱を促進し当接面の樹脂材料を溶融する。カバーおよびケースの当接面の樹脂材料が発熱溶融した後、徐々に移動速度を減少させることにより発熱を減少させて、当接面の樹脂材料が過度に加熱され劣化することを防止できる。従って、劣化していない溶融状態の樹脂材料を凝固させて、樹脂部品同士の接合状態が安定した接合品を得ることが可能となる。
【００８６】
移動速度を緩やかに減少させる方法としては、図１０（ａ）に模式的に示すように、振動振幅を経時的に減少させる方法や、図１０（ｂ）に模式的に示すように、振動周波数を経時的に減少する方法を用いることができる。また、振動振幅と振動周波数の両者を経時的に減少させる方法を用いてもよい。
【００８７】
移動速度を減少させる場合には、１５秒間程度に移動速度を１０〜１５％程度減少させるのが好適である。発明者らは、加圧力を０．２９ＭＰａ、振動周波数を２００Ｈｚで一定制御するとともに、振動振幅を１５秒間に０．５２ｍｍから０．４５ｍｍまで減少させることにより、溶着接合状態の安定した接合品が得られることを確認している。また、加圧力制御と移動速度制御を同時に行なうものであってもよい。
【００８８】
また、加圧開始後、当接面に加える加圧力を所定の上昇勾配で第１所定値Ｐ１まで上昇させ、その後、継続して加圧力を上記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で第２所定値Ｐ２まで上昇させる場合、図５に示すように、加圧力を連続的に第２所定値（上限加圧力）Ｐ２まで上昇させる以外に、種々の方法が考えられる。
【００８９】
例えば、図１４に示すように、加圧力が所定の上昇勾配で第１所定値Ｐ１まで上昇された後に、加圧力の保持と増加とを交互に行って段階的に加圧力を上昇させても良い。これによっても、加圧力を所定値Ｐ１から上限加圧力Ｐ２に向けて全体として緩やかに上昇させることができる。そして、図５及び図１４に示すように、振動終了時点ｔ２まで継続して加圧力を緩やかに上昇させると、振動が付与されている期間中は、加圧力が継続して緩やかに上昇されるので、振動により発生する熱で、樹脂材料が過剰に加熱されることを確実に防止することができるので好ましい。
【００９０】
なお、図１４に示す例において、加圧力を保持する期間及び加圧力を増加させる期間は一定周期で現れる必要はない。すなわち、加圧力の上昇勾配は一定である必要はなく、保持期間及び増加期間を任意に組み合わせて、加圧力の上昇勾配が上昇途中で変化しても良い。
【００９１】
図１５は、加圧力を連続的に上昇させつつ、その上昇勾配を変更した例を示すものである。図１５の例によれば、加圧力が所定値Ｐ１まで所定の上昇勾配で上昇された後、所定値Ｐ１までの加圧力の上昇勾配よりも小さな第１の上昇勾配ａ１で加圧力が上昇され、所定時間（ｔ３−ｔ１）経過すると、その第１の上昇勾配ａ１よりも更に小さい第２の上昇勾配ａ２によって加圧力が上昇される。
【００９２】
ただし、加圧力は無制限に上昇させると、加圧力が過度に強くなって、樹脂材料が十分に発熱する前に、樹脂材料同士の当接面から排除されてしまい、良好な溶接状態を得られなくなってしまう。従って、樹脂材料を十分に発熱できる範囲を超えて加圧力が上昇することを防止する必要がある。このため、樹脂材料が発熱できる範囲の加圧力の上限値を上限加圧力Ｐ２として定め、加圧力が上限加圧力Ｐ２に達すると、その後は加圧力を一定に保持することが、良好な溶接を行う上で有効である。
【００９３】
また、上記各実施形態において、振動溶着加工中、制御装置１００は、ギャップセンサ１５からの信号に基づいて、カバーとケースとの溶け込み量をモニタし、溶け込み量が、ともに時間の経過とともに増加する上下限値Ｕ、Ｊによって規定される範囲にあるか否かにより、溶け込み量が時間の経過とともに増加しているか否かを判定し、溶着接合状態の良否を判断するものであったが、例えば図１１に示すように、所定時間範囲内に目標とする溶け込み量が得られるか否かにより、溶着接合状態の良否を判断するものであってもよい。
【００９４】
目標とする溶け込み量に所定時間範囲より短時間で到達した場合には、時間当りの溶け込み量が大きすぎるということである。このような場合には、当接面において、充分発熱溶融する前の樹脂材料を当接面から押し出している可能性があり、冷却しても良好な溶着接合状態は得られない。一方、目標とする溶け込み量に所定時間範囲より長時間で到達した場合には、時間当りの溶け込み量が小さすぎるということである。このような場合には、当接面において、樹脂材料が過加熱状態となり劣化するため、冷却凝固しても良好な溶着接合状態は得られない。
【００９５】
また、上記各実施形態において、振動溶着加工中、制御装置１００は、ギャップセンサ１５からの信号に基づいて溶け込み量を計測し、溶着接合状態の良否を判断するものであったが、例えば、図１２に示す概略制御フローに従って、加圧力を溶け込み量に応じたフィードバック制御するものであってもよい。
【００９６】
図１２に示すように、急峻に加圧力を上昇させるとともに振動子５を振動させたら（ステップＳ１）、溶け込み量に応じた加圧力制御、すなわち、ギャップセンサとテーブルとの間隔Ｌが常時図６に示す範囲ＭＳ内に存在するような加圧力制御を、所定量の溶け込みが完了するまで行ない（ステップＳ１１、Ｓ１２）、その後は上記各実施形態と同様の制御（ステップＳ３、Ｓ４）を行なうものであってもよい。
【００９７】
また、上記各実施形態において、カバー７は、外周面に半球状の突起７２を複数備えていたが、これに限らず、カバー７を保持部６ａに圧入したときに若干変形することにより、カバー７が保持部６ａの側面部に確実に保持され、振動溶着時、振動治具６からカバー７に振動エネルギーを確実に伝達することができるものであればよい。これに加えて、振動溶着接合後、接合物を保持部６ａより容易に脱離できるものであれば、さらに好適である。
【００９８】
例えば、図１３に示すように、テーパ状の突起部７３をカバー７の外周面に設けるものであってもよい。この突起部７３は、外周面の全周に渡って連続しているものであってもよいし、不連続なものであってもよい。
【００９９】
また、上記第１および第２の実施形態では、リブ部８１のコーナー部８１１とストレート部８１２とでリブの厚さを変えることにより、リブ部８１の各部の剛性を略一定とし、リブ部の発熱状態のばらつきを小さくするものであり、上記第３の実施形態では、リブ部２８１のコーナー部９１１とストレート部９１２とで当接面の高さを変えることにより、発熱開始時刻に差を付け、リブ部の発熱状態のばらつきを小さくするものであったが、発熱状態のばらつきが小さくなるように、リブの厚さ変化と当接面の高さ変化を適宜組み合わせてもよい。
【０１００】
また、上記各実施形態において、１．２ｍｍ、０．２８ＭＰａ等の実数値は例示であって、樹脂部品の形状、材質や振動溶着機の諸特性等に応じて適宜設定し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における振動溶着機の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における樹脂部品の概略構成図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部平面図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第１実施形態における振動治具とカバーとの係合関係を示す断面図であり、（ｂ）はその要部拡大図である。
【図４】本発明の第１実施形態における制御装置の概略の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態における加圧制御パターンを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態における溶け込み量と溶着良否判定範囲との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態における樹脂部品の概略構造を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態におけるケースと静止治具との係合関係を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態における樹脂部品の概略構成図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部斜視図である。
【図１０】他の実施形態における振動時の移動速度の制御例を示す模式図である。
【図１１】他の実施形態における溶着接合状態の良否判断方法を示す説明図である。
【図１２】他の実施形態における制御装置の概略の制御動作を示すフローチャートである。
【図１３】他の実施形態における振動治具とカバーとの係合関係を示す要部断面図である。
【図１４】他の実施形態における加圧制御パターンを示す図である。
【図１５】他の実施形態における加圧制御パターンを示す図である。
【符号の説明】
１ 振動溶着機
６ 振動治具
６ａ 保持部
７ カバー（樹脂部品）
８、１０８、２０８ ケース（樹脂部品）
１３、１１３ 静止治具
１５ ギャップセンサ
７１、８２ 当接面
７２ 突起
８１、２８１ リブ部
１１４ 固定部（受け面の一部）
１１５ 可動部（受け面の一部）
８１１、９１１ コーナー部（角部）
８１２、９１２ ストレート部（直線部）
Ｕ 上限値
Ｊ 下限値

Claims (4)

1. 少なくとも２つの樹脂部品（７、８）を加圧しながら当接させ、その当接面（７１、８２）同士を振動させることによって当該２つの樹脂部品（７、８）を振動溶着する方法において、
   加圧開始後に、その加圧力を所定の上昇勾配で第１所定値（Ｐ１）まで上昇させ、その後、加圧力を前記所定の上昇勾配よりも小さい上昇勾配で、前記第１所定値（Ｐ１）よりも高い第２所定値（Ｐ２）まで上昇させることを特徴とする振動溶着方法。
2. 前記加圧力の前記第２所定値（Ｐ２）までの上昇は、振動終了時点まで継続して行われることを特徴とする請求項１に記載の振動溶着方法。
3. 前記第２所定値（Ｐ２）は所定の上限加圧力（Ｐ２）であり、
   前記加圧力は、前記所定の上限加圧力（Ｐ２）を超えない範囲で前記第１所定値（Ｐ１）から上昇されることを特徴とする請求項１または２に記載の振動溶着方法。
4. 前記第１所定値（Ｐ１）から前記第２所定値（Ｐ２）までの加圧力の上昇は、前記加圧力を一定に保持する期間と前記加圧力を増加する期間との組み合わせによって得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の振動溶着方法。

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