JPH11129331A - 超音波接合方法 - Google Patents

超音波接合方法

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JPH11129331A
JPH11129331A JP9300266A JP30026697A JPH11129331A JP H11129331 A JPH11129331 A JP H11129331A JP 9300266 A JP9300266 A JP 9300266A JP 30026697 A JP30026697 A JP 30026697A JP H11129331 A JPH11129331 A JP H11129331A
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JP
Japan
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joint
cap body
peripheral surface
cap
ultrasonic
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JP9300266A
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Hyoe Takenaka
兵衛 竹中
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】管継手を構成する継手本体とキャップ体とを、
迅速に所定の接合強度で超音波接合することができる。 【解決手段】継手本体２１の端部内にキャップ体２２を
挿入して、継手本体２１の端面側端部内周面とキャップ
体２２の外周面とを相互に突き合わせるとともに、キャ
ップ体２２のフランジ部を継手本体２１の端面に突き合
わせた状態で、キャップ体２２に加圧工具１３を圧接
し、この加圧工具１３に、超音波振動子１１から発せら
れる超音波を加圧工具１３に伝達する。加圧工具１３に
は、冷却水が通流する冷却通路１３ａが設けられてお
り、加圧工具１３全体が冷却水によって冷却されてい
る。継手本体２１とキャップ体２２との突き合わせ面が
超音波振動によって溶融状態になると、冷却水によって
冷却された加圧工具１３によって、溶融部分が迅速に冷
却される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、管体同士を接続す
る管継手を製造する際に、管継手を構成する合成樹脂製
の継手本体と、合成樹脂製のキャップ体とを超音波振動
によって接合する超音波接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】合成樹脂製あるいは金属製の一対の物体
同士を接合する方法の一つに、超音波接合方法が知られ
ている。このような超音波接合方法では、相互に突き合
わされて圧接された一対の被接合物に超音波振動を印加
すると、各被接合物の突き合わされた面同士が摺接して
摩擦熱が発生することを利用して、一対の被接合物同士
を接合するようになっている。各被接合物がそれぞれ合
成樹脂によって構成されている場合には、各被接合物の
突き合わされた面に発生する摩擦熱によって、突き合わ
せ面およびその近傍が溶融状態になり、各被接合物同士
を相互に圧接した状態で冷却すると、溶融部分が固化し
て、被接合物同士が接合される。また、各被接合物が金
属によって構成されている場合には、各被接合物におけ
る突き合わされた各金属表面の酸化物や、その他の汚れ
が除去されることになり、各金属表面同士が強固に接合
される。
【０００３】合成樹脂製の被接合物同士を超音波接合す
る場合には、通常、超音波振動子から発せられる超音波
振動をコーンによって加圧工具に伝達されるようになっ
ている。加圧工具は、一対の被接合物同士を相互に圧接
された状態に加圧するようになっており、加圧工具に伝
達される超音波は、加圧工具が圧接された被接合物に超
音波振動が伝達される。
【０００４】このような超音波接合方法は、例えば特開
昭６０−３７４９３号公報に開示されているように、管
継手を構成する合成樹脂製の継手本体と合成樹脂製のキ
ャップ体とを接合する際に実施される。継手本体は、接
続すべき管体が挿入されるように一方の端面が開口した
円筒状をしており、その端面に近接した端部内周面が、
奥側になるにつれて順次内径が大きくなったテーパー面
になっている。キャップ体は、この継手本体のテーパー
状になった端部内周面に突き合わされるテーパー面にな
った外周面を有する円筒状をしており、継手本体の端部
内に挿入された際に、継手本体の端面に突き合わせられ
るようにフランジ部が一方の端部に設けられている。キ
ャップ体の内部には、円筒状をした抜け止め具が挿入さ
れるようになっており、この抜け止め具よりも奥側の継
手本体の内部には、Ｏリングが装着されている。抜け止
め具は、内部に接続すべき管体が挿入されることによっ
て拡径した状態になり、管体の外周面に係合した状態に
なる。そして、このような状態で、抜け止め具は、キャ
ップ体に係止して抜け止めされる。
【０００５】このような継手本体およびキャップ体は、
Ｏリングが装着されるとともに、抜け止め具が抜け止め
されるように複雑な形状になるために、合成樹脂によっ
て一体成形することができないために、継手本体および
キャップ体がそれぞれ別個に成形された後に、超音波接
合されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】継手本体およびキャッ
プ体を構成する合成樹脂が、スーパーエンプラ系樹脂、
ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂等のように、融点が高
く、溶融状態から冷却して固化するまでに長時間を要す
る場合には、超音波振動によって被接合物が加熱溶融さ
れた後に、溶融された合成樹脂が冷却して固化するまで
に長時間を要するという問題がある。このために、継手
本体とキャップ体とを加圧工具によって、長時間にわた
って加圧する必要があるが、この場合には、接合作業の
効率が悪くなる。接合作業を効率よく実施するために
は、継手本体およびキャップ体の溶融部分が完全に固化
していない状態で、加圧工具による加圧を停止しなけれ
ばならないが、この場合には、継手本体とキャップ体と
が、必要とする接合強度で接合されないことがあり、製
造される接合体における接合強度がばらつくという問題
がある。
【０００７】継手本体とキャップ体とが所定の強度で接
合されていない場合には、キャップ体が継手本体から容
易に外れるために、管体に係合された抜け止め具を、確
実に抜け止めすることができず、管体が継手本体から容
易に外れてしまうという問題がある。
【０００８】本発明は、このような問題を解決するもの
であり、その目的は、超音波接合によって、合成樹脂製
の一対の被接合物同士を、短時間で所定の接合強度で接
合させることができる超音波接合方法を提供することに
ある。本発明の他の目的は、管継手における継手本体と
キャップ体とを所定の強度に確実に接合することができ
る超音波接合方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波接合方法
は、管体が挿入されるように一方の端面が開口した円筒
状をした合成樹脂製の継手本体と、この継手本体の端部
と接合される円筒状をした合成樹脂製のキャップ体と
を、超音波振動によって接合する超音波接合方法であっ
て、前記継手本体の端部とキャップ体とを相互に当接し
た状態でいずれか一方に加圧工具を圧接し、この加圧工
具に、超音波振動子から発せられる超音波を加圧工具に
伝達して継手本体の端部とキャップ体とを接合する工程
と、継手本体およびキャップ体のいずれか一方に圧接さ
れた加圧工具を冷却媒体によって冷却する工程と、を包
含することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】図１は、本発明の超音波接合方法の実施に
使用される超音波接合装置を示す概略構成図である。こ
の超音波接合装置は、例えば、図２に示す管継手２０を
構成する硬質ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の継手本体２
１と、同じく硬質ＰＶＣ製のキャップ体２２とを接合す
るために使用されている。管継手２０を構成する継手本
体２１とキャップ体２２とは、それぞれ個別に成形され
て、図１に示す超音波接合装置によって接合されてい
る。
【００１２】図３は、超音波接合装置によって接合され
る継手本体２１およびキャップ体２２を示す縦断面図で
ある。継手本体２１は、内径および外径が一定になった
管状部２１ａの一方の端部に、外径が大きくなった受け
口部２１ｂが管状部２１ａと同心状態で設けられてい
る。この受け口部２１ｂの開口端面に連続した端面側内
周面２１ｃは、内奥側になるにつれて順次内径が小さく
なったテーパー面になっており、その端面側内周面２１
ｃに段差２１ｄを介して、端面側内周面２１ｃよりも小
さな一定の内径になった中央内周面２１ｅが連続してい
る。段差２１ｄには、全周にわたって、溝部２１ｆが設
けられている。中央内周面２１ｅの内奥側には、段差２
１ｇを介して、この中央内周面よりもさらに小さな一定
の内径の奥側内周面２１ｈが連続している。そして、こ
の奥側内周面２１ｈに、段差２１ｋを介して、奥側内周
面２１ｈよりもさらに小さな一定の内径の管状部２１ａ
の内周面２１ｍが連続している。
【００１３】継手本体２１の受け口２１ｂにおける端面
側内周面２１ｃ内には、キャップ体２２が挿入されて超
音波振動によって接合される。キャップ体２２は、円筒
状をしたキャップ本体部２２ａと、キャップ本体部２２
ａの一方の端部に設けられたフランジ部２２ｂとを有し
ており、フランジ体２２ｂが、継手本体２１の受け口２
１ｂにおける開口した端面に突き当てられている。
【００１４】キャップ本体部２２ａの外周面２２ｃは、
継手本体２１における端面側内周面２１ｃと同様に、先
端側になるにつれて外径が順次縮小したテーパー面にな
っている。フランジ部２２ｂおよびフランジ部２２ｂに
近接したキャップ本体部２２ａの側部内周面２２ｅは、
一定の内径になっており、この側部内周面２２ｅに段差
２２ｆを介して、先端側になるにつれて順次内径が拡大
したテーパー面になった先端側内周面２２ｄが設けられ
ている。キャップ本体部２２ａの先端面は、継手本体２
１における端面側内周面２１ｃと中央内周面２１ｅとの
間に設けられた段差２１ｄに突き当てられるようになっ
ている。
【００１５】継手本体２１とキャップ体２２とは、超音
波によって相互に接合されると、図２に示すように、継
手本体２１の段差２１ｇにＯリング２４が係止された状
態で、キャップ体２２内に抜け止め具２３が挿入され
る。抜け止め具２３は、円筒状をした抜け止め具本体部
２３ａと、キャップ体２２のフランジ部２２ｂ端面に突
き当てられるように、抜け止め具本体部２３ａの一方の
端部に設けられたフランジ部２３ｂとを有している。抜
け止め具本体部２３ａは、接続される管体４０が挿入さ
れることによって拡径し得るように構成されており、管
体４０が挿入されることによって管体４０の外周面に係
合した状態になる。抜け止め具本体部２３ａの外周面
は、キャップ体２２におけるキャップ本体部２２ａ外周
面２２ｃと同様のテーパー面になっており、管体４０が
挿入されて拡径した抜け止め具本体部２３ａの外周面
が、キャップ本体部２２ａの外周面に圧接された状態で
抜け止めされる。また、抜け止め具本体部２３ａの外周
面には、キャップ本体部２２ａの内周面に設けられた段
差２２ｆに係止する段差２３ｄが設けられており、段差
２３ｄが段差２２ｆに係止することによっても、抜け止
め具２３は、キャップ体２２から抜け止めされる。
【００１６】キャップ体２２内に挿入された抜け止め具
２３は、キャップ体２２を挿通しており、抜け止め具本
体部２２ａの先端は、継手本体２１の段差２１ｇに係止
されたＯリング２４に突き当てられている。
【００１７】それぞれが硬質ＰＶＣによって構成された
継手本体２１およびキャップ体２２は、図１に示す超音
波接合装置によって一体的に接合される。この超音波接
合装置１０は、被接合物である継手本体２１を垂直に支
持する受け台１４を有しており、受け台１４に支持され
た継手本体２１が、受け口部２１ｂを上方に向けた状態
で支持されている。継手本体２１のこの受け口部２１ｂ
内にはキャップ体２２が嵌合状態で挿入されている。
【００１８】超音波接合装置１０には、超音波を発生さ
せる超音波振動子１１が設けられており、超音波振動子
１１にて発せれる超音波振動が、ホーン１２を介して、
ホーン１２の先端に設けられた加圧工具１３に伝達され
るようになっている。加圧工具１３は、受け台１４にて
保持された継手本体２１に挿入されたキャップ体２２に
圧接されるようになっている。
【００１９】加圧工具１３は、ブロック状をしており、
キャップ体２２に圧接される圧接面１３ｂは平坦になっ
ている。加圧工具１３の内部には、冷却媒体が通流する
冷却通路１３ａが設けられており、冷却通路１３ａに、
例えば１０℃の冷却水を通流されることによって、加圧
工具１３全体が冷却されるようになっている。
【００２０】超音波振動子１１から発せられる超音波
は、ホーン１２を介して加圧工具１３に伝達され、冷却
水によって冷却されている加圧工具１３からさらにキャ
ップ体２２に伝達される。
【００２１】キャップ体２２は、受け台１４に保持され
た継手本体２１におけるテーパー状になった端面側内周
面２１ｃに、キャップ本体部２２ａの外周面２２ｃが突
き合わされた状態になるとともに、キャップ体２２のフ
ランジ部２２ｂが継手本体２１の端面に突き合わされた
状態になっており、加圧工具１３がキャップ体２２に圧
接されていることによって、キャップ体２２におけるキ
ャップ本体部２２ａの外周面２２ｃと継手本体２１の端
面側内周面２１ｃとが、相互に圧接されるとともに、キ
ャップ体２２のフランジ部２２ｂと継手本体２１の端面
とが圧接されている。そして、キャップ体２２が超音波
振動されることによって、キャップ本体部２２ａの外周
面２２ｃが、突き合わされた継手本体２１の端面側内周
面２１ｃに対して摺接する。これにより、硬質ＰＶＣ製
のキャップ本体部２２ａの外周面２２ｃと、硬質ＰＶＣ
製の継手本体２１の端面側内周面２１ｃとの間、およ
び、キャップ体２２のフランジ部２２ｂと継手本体２１
の端面との間に、摩擦熱が発生し、キャップ本体部２２
ａの外周面２２ｃと、継手本体２１の端面側内周面２１
ｃとが、それぞれ溶融状態になるとともに、キャップ体
２２のフランジ部２２ｂと継手本体２１の端面とが溶融
状態になる。
【００２２】このような状態になると、加圧工具１３に
よって、キャップ体２２および継手本体２１を加圧した
状態で、キャップ本体２２および継手本体２１が冷却さ
れる。このとき、加圧工具１３に設けられた冷却通路１
３ａ内には、１０℃の冷却水が通流されて冷却されてい
ることにより、キャップ体２２および継手本体２１が迅
速に冷却される。これにより、溶融状態になったキャッ
プ本体部２２ａの外周面２２ｃと、継手本体２１の端面
側内周面２１ｃとが、迅速に冷却されて強固に接合され
た状態で固化されるとともに、キャップ体２２のフラン
ジ部２２ｂと継手本体２１の端面も、迅速に冷却されて
強固に接合された状態で固化される。その結果、継手本
体２１とキャップ体２２とは、短時間で、所定の接合強
度で接合される。
【００２３】図１に示す超音波接合装置１０によって、
５０個の硬質ＰＶＣ製の継手本体２１と５０個の硬質Ｐ
ＶＣ製のキャップ体２２とを、加圧工具１３を１０℃の
冷却水にて冷却しつつ接合したところ、継手本体２１と
キャップ体２２との接合強度の平均は、９１００Ｎであ
り、接合強度のばらつきは、標準偏差で１５０であっ
た。
【００２４】比較のために、図１に示す超音波接合装置
１０の加圧工具１３を冷却水にて冷却することなく、５
０個の硬質ＰＶＣ製の継手本体２１と５０個の硬質ＰＶ
Ｃ製のキャップ体２２とを接合したところ、継手本体２
１とキャップ体２２との接合強度の平均は、９０４０Ｎ
であり、接合強度のばらつきは、標準偏差で５３０であ
った。
【００２５】
【発明の効果】本発明の超音波接合方法は、このよう
に、管継手を構成する合成樹脂製の継手本体とキャップ
体とを、所要の接合強度で効率よく接合させることがで
き、これら継手本体とキャップ体とによって製造される
管継手の品質を向上させることができるとともに安定化
させることができる。また、溶融部分を短時間で冷却し
て固化させることができるために、接合作業の効率は著
しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の合成樹脂の超音波接合方法の実施に使
用される超音波接合装置の一例を示す概略構成図であ
る。
【図２】その超音波接合装置によって接合される継手本
体とキャップ体とによって構成される管継手の縦断面図
である。
【図３】その管継手を構成する継手本体とキャップ体の
縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 超音波接合装置 １１ 超音波振動子 １２ ホーン １３ 加圧工具 １３ａ 冷却通路 １４ 受け台 ２０ 管継手 ２１ 継手本体 ２１ｃ 端面側内周面 ２２ キャップ体 ２２ａ キャップ本体部 ２２ｂ フランジ部 ２２ｃ 外周面 ２３ 抜け止め具 ２４ Ｏリング

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管体が挿入されるように一方の端面が開
    口した円筒状をした合成樹脂製の継手本体と、 この継手本体の端部と接合される円筒状をした合成樹脂
    製のキャップ体とを、超音波振動によって接合する超音
    波接合方法であって、 前記継手本体の端部とキャップ体とを相互に当接した状
    態でいずれか一方に加圧工具を圧接し、この加圧工具
    に、超音波振動子から発せられる超音波を加圧工具に伝
    達して継手本体の端部とキャップ体とを接合する工程
    と、 継手本体およびキャップ体のいずれか一方に圧接された
    加圧工具を冷却媒体によって冷却する工程と、 を包含することを特徴とする超音波接合方法。
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