JPH0577493B2 - - Google Patents

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JPH0577493B2
JPH0577493B2 JP2217284A JP21728490A JPH0577493B2 JP H0577493 B2 JPH0577493 B2 JP H0577493B2 JP 2217284 A JP2217284 A JP 2217284A JP 21728490 A JP21728490 A JP 21728490A JP H0577493 B2 JPH0577493 B2 JP H0577493B2
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JP
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shaft
thermoplastic
cavity
component
thermoplastic material
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JP2217284A
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Rei Aanetsuto Jeimu
Josefu Ookonnaa Robaato
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Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Publication date
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    • B29K2055/02—ABS polymers, i.e. acrylonitrile-butadiene-styrene polymers

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラスチツク性部品を相互永久接合す
るための方法及び装置、特に熱可塑部品を溶解す
ることを特徴とする方法に関する。
［従来の技術］ プラスチツクの利用は近年急激に広がつてお
り、その理由の幾つかには、プラスチツクは廉価
で、望む形に簡単に造れ、電気的に絶縁であり、
軽量で、長持ちすることが挙げられる。プラスチ
ツクの接合はプラスチツク材料のより広い範囲で
の利用に関して重要であり、プラスチツクは長い
間接合され続けているが、より簡単で、より速
く、より廉価な新しい溶着技術の必要がある。プ
ラスチツクは機械フアスナーや、接着剤、溶着に
よつて接合することができる。機械フアスナーは
一般的でほとんどの材料に適用されるが、高価
で、永久（望むような）接合や、適切な性質を示
さない。接着剤は良い性質や、堅固な接合を示す
が、制御しにくく、接合や表面処理に注意を必要
とし、さらに接合が遅い。溶着は技術的にみて経
済的であり、簡単で、速く、信頼でき、原材料に
近い静的、機械的な性質を持つた接合が可能なの
で、大量生産工業では理想的な適合性を持つ。
プラスチツク部の相互接合の典型的な技術は互
いに押し付けたときに連結するフツクとラツチを
利用する。しかし、こうした一方のプラスチツク
部を別の部分に効果的に接触させなければならな
い特別な特徴は、今では、製造方法をより複雑に
し高価なものにしている。複雑な形状のプラスチ
ツク部品は、製造で、様々な方向に終了した部分
から連続的に離して行かなければならない方法を
取るために、簡単な形状のものより高価になる。
熱可塑部品はシヤフトを同じ形状であるが僅か
に小さい寸法のボスに押し込むことで仮接合され
る。しかし、しばらくすると前述の部品は、湿気
や、気温の変化、振動、度々接触することの影響
をうけて分離しやすくなつてしまう。この問題を
克服するために、製造業者は熱可塑部品を軟化さ
せるために溶剤を用い、溶剤が乾燥するまでは留
め具で固定し、押し合わせておく。つまり、接着
剤や、ボンド材料の利用は一般に長い硬化時間が
かかり、大気の汚染にもつながる。長い硬化時間
は常に工場在庫品もコストの低下を行う即時形成
の様な最近の製造技術には不向きである。溶剤の
乾燥速度や、ボンド材料の硬化速度は加熱によつ
て速められるが、簡単で、さらに短時間に成るこ
とが望まれ、それによつて製造のコストが低下さ
れる。
プラスチツクを永久接合するための技術の概略
はマーチン．N.ワトソンの”ウエルヂング プ
ラスチツク フオー ザ オートモウテイブ イ
ンダストリ”SAE技術誌第860581号、２月号24
−28頁（1986）に開示されている。開示された技
術は以下の通りである。(i)超音波溶着：高周波機
械振動を利用した結合プロセスである。組み立て
られるべき部分は圧力をかけて固定され、構成要
素に縦振動が伝わるように接触領域に垂直に超音
波振動を受けるようにする。超音波溶着は大量生
産に良く適しており、速い処理を提供するが、器
材が高価になる。(ii)回転溶着：熱可塑性材料の回
転や、角回転、軌道回転による摩擦熱によつて、
溶解や、溶着を行う。回転溶着プロセスの欠点は
最も簡単な方法で、少なくとも構成要素の一つが
円状で、角状の整列を必要としない応用の場合で
しか、適応しない。(iii)振動接着：圧力をかけて固
定し、溶着されるべき二つの部分の間の相互の動
きによつて生成される摩擦熱を用いる。いつた
ん、接合表面に溶解した材料が生成され始めた
ら、振動は停止し、接合部分は位置が調整され、
溶着された部分は冷却によつて凝固する。１−５
秒の溶着時間は例えば100−240Hz、振幅150mm、
１−4N／mm2の圧力の振動を用いることで可能に
なる。この技術は様々な大量生産される熱可塑性
要素の溶着に度々利用される。前述の様々な技術
は一般に利用されるにつれて、さらに溶着時間を
減少され、溶着プロセスを実行するのに必要な装
置の簡単化が望まれる。
［発明の概要］ 本発明では、第１及び第２熱可塑部品は、溶着
を行うために摩擦で生まれた熱を利用した新しい
プロセスによつて接合される。第１熱可塑部品は
シヤフトを持ち、第２熱可塑部品はシヤフトとほ
ぼ同じ形だが僅かに断面は小さいキヤビテイを持
つ。シヤフトは表面が接触するにつれて溶解が起
こるのに十分な速度でキヤビテイ内に押し込ま
れ、短い冷却時間をおいて、永久溶着ができる。
本発明の図で示した一実施例において、シヤフ
ト及びキヤビテイは接合されるべき熱可塑部品の
本体に形成される。
本発明の図で示した別の実施例において、シヤ
フトは独立した部分で、熱可塑性材料でできてお
り、どちらか一方には熱可塑性材料でできたキヤ
ビテイがある二つの別々の部品を互いに接合する
ことに用いられる。
本発明の利点はシヤフト及びキヤビテイは真直
ぐ引き分離する方法を用いて、形成することがで
きる点である。
［実施例］ プラスチツクの溶解は熱可塑性材料に限られ
る。（即ち、減損なしに熱によつて溶解し、軟化
することができる。）熱可塑性材料の例としては、
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン
（ABS）、ポリカーボネイト、ポリ塩化ビニル
（PVC）がある。一方、熱硬化性材料は加熱して
も軟化せず、溶解できない。熱硬化性材料の例と
しては、フオーマイカ（登録商標）、石炭酸、ベ
ークライト（登録商標）がある。本発明は熱可塑
性材料で造られている部品の新しい接合技術に関
する。
以下、図を参照しながら本発明を詳細に説明す
る。第１図は電話サービスを供給する際に使用さ
れるような電気部品をもつた熱可塑性ハウジング
１００を示す。ハウジング１００は、例えば、電
話回線から無線周波数電気信号を取り除くための
部品を含む。ハウジング１００は、端にモジユラ
−プラグ（ここでは示さない）を持つた電話回線
に直列に連結される。普通に使用する場合、モジ
ユラ−プラグは、ハウジング１００の中の部品を
電気的にかみ合わせるために開口部１５にはめ込
まれる。ハウジング１００は継目１２０に沿つて
合わさつた一対のかみ合つた部品１０及び２０か
らなる。この具体的な例において、部品１０及び
２０は同じである。
第２図はABSの様な熱可塑性材料で型どられ
た部品１０の内側の構造を示す。部品１０の突起
２３は対の部品２０の相補性の凹部分に組合うよ
うに配置される。同じように、部品１０の凹部分
２４は対の部品２０の相補性の突起に組合うよう
に配置される。前述の凹部分や突起や製造工程に
おいて部品１０及び２０を操作したり、その後の
構造上の安定性を与える。部品１０の構造内にボ
ス１１とシヤフト１２は造られる。ボス１１の中
に部品１０及び２０を相互接合する目的で、シヤ
フトをうけるように、僅かに大きめの寸法で、キ
ヤビテイ１３はある。
第３図はシヤフト１２，２１がボス２２，１１
に各々接合する方法を示すハウジング１００の断
面図である。ボス１１の詳細な寸法は第４図に、
シヤフト２１の詳細な寸法は第５図に示す。
第４図はボス１１の領域の部品１０の断面図を
示す。対のシヤフト２１の形にあつた、ボス１１
のキヤビテイ１３の形は特に重要である。この実
施図において、キヤビテイ１３の入口１４は製造
工程において対のシヤフト２１の入りを容易にす
るために傾斜をつけている。キヤビテイ１３は先
端の直径0.097インチから底の直径0.092インチと
先細りになつている。キヤビテイ１３の長さは
0.6インチであるから、傾斜角度αはほぼ0.5度で
形成される。第５図に示されたシヤフトの前述の
寸法に比べて、シヤフト２１は先端も底もほぼ
0.003インチ大きいことが分かる。シヤフト２１
の長さはキヤビテイ１３の長さより僅かに小さ
く、ボスやシヤフト長は適当で色々変化してもよ
い特徴があることも分かる。前述の寸法は傾斜角
度βと傾斜角度αをほぼ同じくする。シヤフト２
１は力を加えないとキヤビテイ１３に完全には入
らない。力を加えた後、シヤフト２１とボス１１
は湿気や、気温の変化、振動、手による揺さぶり
による影響で永久接合されない。さらにシヤフト
２１とボス１１は同じ材料ではないならば、気温
の変化にともない、膨張係数が異なるために緩み
の原因になる。しかし、シヤフト２１はキヤビテ
イ１３に熱可塑性材料が表面溶解を起こす速度で
押し込めることも発見された。短い冷却時間（１
秒以下）の後に、シヤフト２１はボス１１に溶着
される。また、多くの要因が溶着プロセスに関わ
つていることも分かつた。こうした要因は、以下
に限られないが、(1)シヤフトとキヤビテイの互い
の寸法、(2)挿入速度、(3)使用した熱可塑性材料、
(4)表面の仕上がり、(5)シヤフトとキヤビテイの長
さ、(6)シヤフト／キヤビテイの断面の外形（即
ち、丸い、四角い、卵型）、(7)傾斜角度を含む。
実施例において、シヤフトとキヤビテイが緩や
かに接合したとき、溶着は起こらず、キヤビテイ
からシヤフトを引き離すには40ポンドの力を必要
とする。シヤフトとキヤビテイが速い速度で押し
込まれたなら、溶着が起こり、シヤフトとキヤビ
テイを引き離すには、ほぼ100ポンドの力が必要
になる。引き離した後の溶着の典型的な証拠が第
６図のシヤフト６００の領域62に示されている。
本発明の好ましい実施例において、シヤフト２１
とボス１１は各々丸い断面を持ち、ABS材料で
構成される。望ましいシヤフトとキヤビテイの寸
法（第４図及び第５図参照）を用いた場合、溶着
は50インチ毎秒の速度で起こる。本発明の好まし
い実施例として、速度は80インチ毎秒を採用して
いる。
再び第６図を参照すると、シヤフト６００は分
離していて、別個の爪状の部品を為している。シ
ヤフト６００は、一般に滑らかで直線状であり、
ヘツド部分６０から遠ざかるにつれ、段々狭くな
つていくシヤフト部分６１を持つ。シヤフト６０
０は、熱可塑材料で構成される。シヤフト６００
の典型的な使用例を第７図に示す。第７図では、
装置８０と部品７０の永久接合が見られる。この
使用例では、装置８０は、シヤフト６００のヘツ
ド部分６０とボスの上部７１の連結によつて、捕
らえてられているので、熱可塑性材料で構成され
る必要はない。この特別な使用例において、シヤ
フト６１の長さはキヤビテイ１３の底まで伸びな
い。領域72は空気がキヤビテイ１３内へのシヤフ
ト６００の移動によつて圧縮されたところに形成
される。この圧縮空気は穴７３を通つて外に除去
される。設計者が、領域72の気圧が上昇すること
をわかつていても、部品７０の表面に穴を開ける
といつた傷つけることを望まない場合は、圧力
は、領域72の体積を増やすために、より短いシヤ
フト６１を使用することによつて、低下される。
どちらにしろ、特にシヤフト６１によつてキヤビ
テイ１３が完全に埋まつてしまつたときに、シヤ
フト６１に沿つた縦の溝や、その中心を通つた穴
は、領域72の圧力を除去することに用いられてい
る。
第８図は第１図に示した熱可塑性ハウジング１
００を固定するときに使用する装置を示す。装置
は溶着プロセスの間において、下部固定具８２０
と接合する上部固定具８１０からなる。固定具８
１０，８２０は加工されたアルミニウムの原料で
構成されるが、他の材料も使用でき、コストや、
得られる耐久性を考慮して一般的に選ばれる。上
部固定具８１０は下部固定具８２０の受け穴８２
２，８２３と対になつている整列したピン８０
２，８０３を持つている。また下部固定具８２０
には溶着されるべき熱可塑性ハウジングを受ける
ためのキヤビテイ８２５がある。キヤビテイ８２
５の深さは、上部固定具及び下部固定具８１０，
８２０が押し込まれたとき、固定具８１０，８２
０が熱可塑性ハウジング自身の大きさよりさらに
ハウジングが圧縮されるのを防ぐのに必要なエネ
ルギーを吸収するために、熱可塑性ハウジングの
最終的な深さに合わせてある。キヤビテイ８２５
は溶着が完了した後、ハウジングを引き離す方法
と同じようにハウジングを受けるように形成され
ている。
第９図は現溶着プロセスに関して、さらに詳細
に示す。装置９００はシヤフト９４０を押し出す
ための穴をある固体の上面と底面を持つた硬いハ
ウジング９１０で構成された小型の空気シリンダ
である。シヤフト９４０の上面に接触しているほ
ぼ平らなプレートはハウジング９１０の内壁にシ
ールを形成し、空気供給ライン９２０及び９３０
を通して行つたり来たりする気圧によつて自動車
のエンジンの様に上下する。供給ライン９２０は
供給ライン９３０がプレートの底面で空気を来た
り行つたりさせているうちにプレートの上面から
空気を行つたり来たりさせる。装置９００はスピ
ードエアによつて製造されているストツク番号
2A713のような市販の小型空気シリンダである。
シヤフト９４０は上部固定具８１０の内部ねじや
ま８０１にあつた外部ねじやま９４１を持つ。シ
ヤフト９４０はさらに、上部固定具８１０を接合
している間にシヤフト９４０を固定しておくため
にスロツト９４２を持つ。いつたん、シヤフト９
４０が上部固定具８１０に接合したら、この上部
固定具８１０は、下部固定具８２０に挿入される
が、塑性ハウジング１００は溶着の原因となる下
方向の押し込みを待つ。この下方向の押し込みは
供給ライン９２０内の気圧がこの実施例において
90psiまで上昇したときに起こる。シヤフト９４
０が下に動くにつれて、供給ライン９３０から空
気が吹き出す。シヤフト９４０の下方向への移動
が第４図及び第５図に示す寸法を持つたABS材
料を使用した熱可塑性ハウジング１００の溶着に
十分な速度であるはぼ80インチ／秒に達する。そ
の後上部及び下部固定具は圧縮空気が供給ライン
９３０を通つてシリンダ９００に送られ、供給ラ
イン９２０を通つて除去されるときに分離する。
これによりシヤフトを底部固定具８２０から引き
離すために溶着した所を暴露しながら、上に動か
していく。冷却は急激に行われ、熱可塑性ハウジ
ング１００の組立は完了する。
示した溶着技術は広範囲の熱可塑性材料や、沢
山の製品に関係しながら効率よく用いられること
が分かつた。電話の受話器のデツキやシエルは、
プラスチツクの人形や、自動車の部品、応用品、
多くの様々な電気製品と同じように本発明を持ち
いて永久接合されている。さらに本発明はハンマ
ーが対の熱可塑性キヤビテイを接合するときにも
ちいる熱可塑性の爪に応用できる。爪とキヤビテ
イのたがいの寸法と同じように、速度が、使用す
る熱可塑性材料を決定する最小値を越える限り、
溶着は起こり、本発明の効果が示される。それに
よつて、本発明の意図及び目的から離れることな
く、様々な変型例が可能になる。
尚、特許請求の範囲に記載された参照番号は、
発明の容易なる理解のためで、その範囲を制限す
るよう解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にもとずいて熱可塑性材料で構
成された電話装置のハウジングを示す図、第２図
は本発明にもとずいて伸びたキヤビテイ及びシヤ
フトを持つ第１図のハウジングの一部分を示す
図、第３図はどの様にシヤフト及びキヤビテイが
接合してあるか示した第１図のハウジングの断面
図を示す図、第４図はボスの中のキヤビテイの詳
細な寸法を示す図、第５図はシヤフトの詳細な寸
法を示す図、第６図は本発明にもとずいた熱可塑
性材料によつて構成されたシヤフトを示す図、第
７図は他の２つの部品を接合している第６図のシ
ヤフトの使用を示す図、第８図は本発明にもとず
いた溶着の為に第１図の熱可塑部品の固定に用い
た部品を示す図、第９図は本発明にもとずいた溶
着を実行するための空気シリンダを伴つた第８図
の部品を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 第１熱可塑部品１０と、第２熱可塑部品２０
    を接合する方法において、 第１熱可塑部品はシヤフト１２を有し、第２熱
    可塑部品はシヤフトとほぼ同じ形で、僅かに小さ
    い断面のキヤビテイ１３を有し、 第１熱可塑部品のシヤフトを第２熱可塑部品の
    キヤビテイに挿入するステツプ、 シヤフトとキヤビテイが接触し、少なくとも一
    つの領域における熱可塑部品の熱可塑性材料の溶
    解を引き起こすのに十分な速度で、シヤフトをさ
    らにキヤビテイに押し込み、それにより、溶解し
    た熱可塑性材料が冷却した後に、溶着されるステ
    ツプ、 からなることを特徴とする熱可塑部品の接合方
    法。 ２ 第１熱可塑性部品１０と第２熱可塑部品２０
    の熱可塑性材料が同じであることを特徴とする請
    求項１記載の方法。 ３ 熱可塑性材料は、アクリロニトリル−ブタジ
    エン−スチレン（ABS）から成ることを特徴と
    する請求項２記載の方法。 ４ シヤフト１２をキヤビテイ１３に挿入する速
    度を50インチ／秒以上にすることを特徴とする請
    求項３記載の方法。 ５ シヤフト１２の断面は、その概形を維持する
    が、キヤビテイ２２への入口の最初のポイントか
    らの長さに合わせて段々広くなつて行くことを特
    徴とする請求項１記載の方法。 ６ シヤフト１２の断面は、ほぼ円状であること
    を特徴とする請求項５記載の方法。 ７ 第１熱可塑部品は、熱可塑性材料のシヤフト
    ８１０を有し、第２熱可塑部品は、シヤフトとほ
    ぼ同形で僅かに小さい断面で熱可塑性材料の壁を
    持つキヤビテイ８２２を有し、 第１熱可塑部品と第２熱可塑部品を永久接続す
    る装置において、 永久接合する前に、第１熱可塑部品と第２熱可
    塑部品の一つを支持する固定具８２０と、 前記第１熱可塑部品及び第２可塑部品を、シヤ
    フトをキヤビテイに接触している表面を溶着する
    のに十分な速度で動かして、一緒に押込む手段９
    ００と、 を具備することを特徴とする熱可塑部品の接合装
    置。 ８ シヤフト８０２とキヤビテイ８２２の壁は、
    同じ熱可塑性材料であることを特徴とする請求項
    ７記載の装置。 ９ 熱可塑性材料は、アクリロニトリル−ブタジ
    エン−スチレンであることを特徴とする請求項８
    記載の装置。 １０ キヤビテイ内を動くシヤフトの速度は、50
    インチ／秒以上であることを特徴とする請求項９
    記載の装置。
JP2217284A 1989-08-28 1990-08-20 熱可塑部品の接合方法とその装置 Granted JPH0390333A (ja)

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US399091 1989-08-28

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Publication Number Publication Date
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