(57)【要約】      （修正有）【課題】小型軽量な製品の製作に必要となる樹脂部品の製作において、加熱することなく、かつ破断のない強固な接合部を得ることができる方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂を全方位方向から３次元的に拘束して分子鎖間の間隙の空きにくい状態とした状態で外力を加えることによって、常温で熱を加えなくても熱可塑性樹脂の二次結合を破壊せずに塑性変形を生じさせ、劣化を生じさせることなく、強固な部品の結合部を得ることができる。【選択図】図３
2010018014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温において、熱可塑性樹脂を分子鎖間の間隙の空きにくい状態となるよう全方位方向から３次元的に拘束し、塑性変形を生じさせることにより、加熱処理を行うことなく前記樹脂内の分子間力による二次結合を破壊せず変形させる加工方法。
【請求項２】
一体成形した突起部を有する一方の熱可塑性樹脂部品と、前記突起部が間隙が生じないよう挿通可能である穴部を有する他方の熱可塑性樹脂部品とを接合する方法であって、前記穴部に前記突起部を前記突起部の先端部が穴部より突出するように挿通し、突起部の挿通された部分を穴部の内壁部により押圧し、突起部の突出した先端部を包み込むように押圧し、突起部全体が全方位方向から拘束されるような状態で塑性変形を起こし、前記先端部が変形されたハズレ止め部を形成する方法。
【請求項３】
熱可塑性樹脂により形成される棒状の係止体をもって２つの部品を接合する方法であって、前記２つの部品は前記棒状の係止体が間隙が生じないよう挿通可能である穴部を有し、前記棒状の係止体の少なくとも一方の端部を、前記２つの部品の穴部より突出するように挿通し、突起部の挿通された部分が穴部の内壁部により押圧され、突起部の突出した先端部を包み込むように押圧し、突起部全体が全方位方向から拘束されるような状態で塑性変形を起こし、前記先端部が変形されたハズレ止め部を形成する方法。
【請求項４】
高さ方向を含む位置決め機構、ピン周辺の力学的影響部の拘束機構、および押し込み機構を有し、請求項２、３の接合方法を実現する機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂の加工方法、特に部品結合に関する方法および実現するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂は、一定の温度まで加熱することによって軟らかくなり、変形させることのできる樹脂である。この性質は、熱可塑性樹脂の分子構造から得られる。共有結合した鎖状の分子である分子鎖が多数、緩く絡まって全体をなすような二次結合構造をなしている。分子鎖自体の結合力と比べ、分子鎖同士の結合は分子間力で結びついており比較的緩く、温度が上昇し、分子鎖の運動が激しくなると、分子鎖の結合は維持されたまま、分子鎖同士のズレや移動が容易に起こせるようになり大変形が可能になる。
【０００３】
常温下で外力によって変形を与えた場合には、もともと結合の弱い分子鎖間に間隙が生じやすいため、塑性変形を起こす前に破断や分子鎖の整列配向より分子鎖の結合が切断され、内部破壊を起こす。このため熱可塑性樹脂は、常温で弾性を超える大変形を与えると割れたり、白濁して強度が著しく低下する。これより、工業的に熱可塑性樹脂を用いる場合には、前述の加熱すると軟化し、変形が容易になる性質を利用し、流動化した樹脂で射出成形を行うことが多い。
【０００４】
一般に、小型の樹脂の部品同士を接合する場合には、図１のように、樹脂部品の一方に樹脂自身で形成されるピンを設け、もう一方の樹脂部品には前記ピンが通せる穴を設け、この穴から出ているピン先を熱したこてや超音波振動子などをあてて加熱し、熱塑性変形を起こしてハズレ止め部を形成する方法が知られている。
この方式であれば、加熱された樹脂ピンが軟化し接合の際に破壊されることが無く、かつ接合後温度が低下した際のハズレ止め部は破断の原因となるクラックが生じない状態で硬化される。しかしこれらの方法では、加工中の熱伝導が早く部品本体に熱の影響がでやすい超小型の高精度な樹脂部品などに利用することが難しい。さらに超音波振動子を用いる場合は、電子部品など振動に弱い部品への影響も考えられる。
【０００５】
常温における樹脂部品を利用した結合としては樹脂リベットと呼ばれる部品を用いた方法が知られている。樹脂リベットは、あらかじめ変形を生じやすくするように中空状の脚部を設けておき、パンチにより押圧することにより樹脂が変形しかしめられる。しかしながら樹脂リベット部品自体を別途用意する必要があり、小型部品の接合に用いるには樹脂リベット自体をさらに小型に製作する必要があるといった問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１７２３２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような事情から、小型軽量な製品の製作に必要となる樹脂部品の製作において、加熱することなく、かつ破断のない強固な接合部を得ることができる方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
熱可塑性樹脂を全方位方向から３次元的に拘束して分子鎖間の間隙の空きにくい状態とした状態で外力を加えることによって、常温で熱を加えなくても二次結合を破壊せずに塑性変形を起こすことにより接合部を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明を用いれば、常温で熱可塑性樹脂の塑性変形を生じさせ、強固な部品の結合部を得ることができる。よって温度の影響を受けやすい高精度の超小型の樹脂モールド部品同士を精密に結合することができる。また、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチロール樹脂、ナイロン樹脂などの一般的な熱可塑性樹脂で用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の実施例の基本構成例を図２に示す。熱可塑性樹脂の部品１００は一体成形した結合用のピン１０１を持っている。同様に熱可塑性樹脂の部品２００は、このピン１０１を通してガタのでないような結合用の穴２０１を持つ。
【００１１】
部品２００に設けられたこの穴２０１の周囲は部品１００の結合用ピン１０１の径に比べ、ピン１０１を加圧した時に生じるピン１０１の膨張を抑えることのできる強度をもつに十分な肉厚となっていることが望ましい。一般的に同種の材料を用いる場合にはピンの径以上の肉厚であればよい。この肉厚を確保できない場合は、加圧時のピンの膨張を抑えられるような押さえ治具または部品を用いてもよい。
結合時に部品１００のピンの頭が出る部品２００の表面付近には、変形されたピン１０１の先端部が広がることができるようなくぼみを付けておくとより大きなハズレ止め部を確実に形成することができる。本実施例では、くぼみ２０２を設けている。
【００１２】
図３は、本発明の加工方法の変形加工時の構成例である。
部品１００のピンを部品２００に通し、部品１００と２００を側面からも十分拘束するような拘束枠３００にはめる。このときピンの先端部は部品２００の穴から突出される。一方の枠に設けられたピンと近い径のシリンダー状の穴に棒体のポンチを通し、このピンの先端部を強い力で押して変形すると、部品２００およびポンチによりピンおよびピンの先端部は周囲すべてを３次元的に拘束された状態でポンチによる押圧変形を受ける。図４はこの周囲からかかる力を示した模式図である。このとき、ポンチに接するピンの先端部がつぶれ、図５に示されるようなハヅレ止め部がクラックや白濁なくきれいに形成される。本過程においてピンの拘束が弱い場合、ピンの付け根部分への拘束が弱いとそこに白濁やクラックが生じやすいので注意が必要である。このとき穴にピンの挿通されている部分も少し変形し、部品２００の穴内部全体に圧力がかかるような状態になる。
【００１３】
横に膨らんだピン１０１は、部品２００の穴２０１からおされ摩擦力も増す。これで、加熱し、変形結合した状態とほぼ同様な結合状態を得ることができる。図６に示すように、ポンチの先端部のくぼみは、ピンの上部から徐々に圧力が均等に加わるようにくぼみ底部に富士山型の突起を設けた形にしてもよい。さらに図６に示す例では、より圧力を均等に加えるためにはポンチがシリンダー状の穴との間に間隙が少ない状態で、ピンと中心軸がずれないように押圧することが重要であるが、この中心軸あわせを考慮し、例えばピン１０１の先端部に小さなくぼみを設けて、この富士山型の突起部をこの穴に入れるようにするとピン１０１とポンチの中心軸を合わせやすくしてもよい。
【００１４】
ピンの先端部をつぶす際に必要以上にポンチを押し込むと、ピンは横方向に変形膨張し部品２００の穴２０１の内圧がどんどん高くなるので、部品２００が破損することもある。ポンチは、ピン先端部をつぶした後、内圧が高まりすぎないようにする手段、あるいはピンが押されすぎないような停止手段を設けることも有効である。結合後につぶれたピンの先端部が部品面からはみ出てもいい場合は、拘束枠の側にくぼみを付けるなどしてもよい。
ピン部分のみ別部品とすれば、異種材料もふくめ二つ以上の部品の接合にも応用できる。
【実施例２】
【００１５】
図７は、上下二つの部品からなる箱形の構造物を、本発明によって接合する装置の概要を示したものである。本実施例では、拘束枠側にくぼみを設けた。
【００１６】
ピンを設けられた下部部品は、ピンを上向きにして基部に固定されており、穴を設けられた上部部品は穴にピンを通した状態でその上に置かれる。基部には下部部品に合わせた箱型の穴があり、下部部品の位置決めと拘束を行う。
【００１７】
押え具の下側には、上部部品を拘束するための箱形の穴があり、押え具を上部部品の上におろすと各部品は３次元的に拘束された状態になる。押え具には、ピン位置にシリンダー状の穴があいており、押え具を押し付けた状態で、この穴にピンが通されてピンの先端部を押しつぶすことによって、先述の結合部が形成される。図８は本実施例の接合装置において形成された接合部を示す図である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明を用いれば、常温で破断などの劣化を生じさせることなく大変形させることのできない熱可塑性樹脂の小型部品同士を十分な強度を有した結合を行うことができる。また、別途ネジ等の取付部品を必要とせず、常温で利用できるため大掛かりな設備も必要とせず、小型軽量の製品の精密な組み立てを低コストで可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の接合方法の構成部品
【図２】本発明の接合方法の基本構成例
【図３】本発明の接合方法の接合時の構成例
【図４】本発明で接合方法の接合時にかかる応力を示す図
【図５】本発明の接合方法により形成されたハズレ止め部
【図６】本発明の接合方法の接合部の形状を示す拡大図
【図７】本発明の接合方法の接合装置の構成例
【図８】本発明の接合方法の接合装置により形成されたハズレ止め部
【図１】
2010018014.tif 000003
【図２】
2010018014.tif 000004
【図３】
2010018014.tif 000005
【図４】
2010018014.tif 000006
【図５】
2010018014.tif 000007
【図６】
2010018014.tif 000008
【図７】
2010018014.tif 000009
【図８】
2010018014.tif 000010