(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強方法であって、
該補強部材として該被補強部材に対する当接部にのみ磁性体を含有する熱可塑性樹脂製成形体を供給する工程と、
誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する工程と、
該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に溶着する工程とを備えることを特徴とする補強方法。
【請求項２】
請求項１記載の補強方法において、
前記当接部を溶着可能に加熱する工程は、該当接部を前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の温度範囲に加熱することを特徴とする補強方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の補強方法において、
前記当接部を溶着可能に加熱する工程は、互いに昇温速度が異なる複数の加熱工程を備えることを特徴とする補強方法。
【請求項４】
請求項３記載の補強方法において、
前記複数の加熱工程は、前記補強部材の供給側ほど昇温速度が大きく排出側ほど昇温速度が小さくなるように行うことを特徴とする補強方法。
【請求項５】
熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強装置であって、
該被補強部材に対する当接部にのみ磁性体を含有する熱可塑性樹脂製成形体からなる該補強部材を供給する供給手段と、
誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する誘導加熱手段と、
該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とする補強装置。
【請求項６】
請求項５記載の補強装置において、
前記誘導加熱手段は、前記当接部を前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の温度範囲に加熱することを特徴とする補強装置。
【請求項７】
請求項５又は請求項６記載の補強装置において、
前記誘導加熱手段は、互いに磁束密度が異なる複数の誘導加熱手段を備えることを特徴とする補強装置。
【請求項８】
請求項７記載の補強装置において、
前記複数の誘導加熱手段は、前記補強部材の供給側ほど磁束密度が大きく排出側ほど磁束密度が小さくなるように設けられていることを特徴とする補強装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補強方法及び補強装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のフェンダー、ルーフ等の自動車用外装部品は、一般に、鉄鋼等の金属板で形成されている。前記金属板は、燃費向上、生産コスト低減のために、肉薄に形成されて軽量化することが検討されている。
【０００３】
しかし、前記金属板を肉薄にすると所要の剛性を得られないことがあるので、該金属板の片面に樹脂製のリブ材を補強部材として設けた複合構造体とすることにより剛性を確保することが考えられる。前記金属板の補強方法としては、従来、加熱装置で加熱した金属板を搬送ロボットでリブ成形押圧装置へ搬送し、該リブ成形押圧装置において、溶融樹脂を吐出してリブ材に成形し、該リブ材を該金属板の表面に押圧ローラで押圧して前記複合構造体を形成する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の補強方法は、溶融樹脂から成形した前記リブ材を前記押圧ローラで前記金属板に押圧して前記複合構造体を形成するために、該リブ材の形状によっては該リブ材の成形機構が複雑になるとともに、該リブ材を冷却して固化する必要があり該複合体の形成速度が低くなるという不都合がある。また、従来の補強方法は、加熱された前記金属板の温度が前記搬送ロボットによる搬送中に低下し、前記リブ材の溶着不良が発生することがあるという不都合がある。
【０００６】
そこで、図３に示すように、熱可塑性樹脂製長尺状成形体からなる補強部材Ｐを連続供給しながら、肉薄の金属板Ｍの表面に１対の押圧ローラ２１，２１で押圧して溶着することが考えられる。このとき、補強部材Ｐは、電熱ヒータ管２２及び第１のホットエア噴射機２３で溶着可能に加熱されている。また、金属板Ｍは、第２のホットエア噴射機２４で加熱されている。そして、前記溶着の後に、冷却エア噴射機２５で金属板Ｍ及び補強部材Ｐを冷却することにより、金属板Ｍの片面に補強部材Ｐを設けた複合構造体を形成する。補強部材Ｐは、長尺状成形体であるので、必要に応じてカッタ２６で所定の長さに切断される。
【０００７】
しかし、図３の装置による補強方法によれば、金属板Ｍが肉薄であることから第２のホットエア噴射機２４による加熱で変形し易く、得られる複合構造体の外観を損ねる虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、金属板等の被補強部材の変形を防止しつつ、該被補強部材に補強部材を溶着することができる補強方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の補強方法は、熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強方法であって、該補強部材として該被補強部材に対する当接部にのみ磁性体を含有する熱可塑性樹脂製成形体を供給する工程と、誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する工程と、該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に溶着する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の補強方法では、まず、供給された補強部材の当接部を誘導加熱によって溶着可能に加熱する。このとき、前記当接部は、含有された磁性体が前記誘導加熱によって加熱され、該磁性体から該当接部全体に熱伝導することにより、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上の目標温度範囲に加熱される。次に、前記当接部が溶着可能に加熱された前記補強部材を前記被補強部材に溶着することにより、該補強部材と前記被補強部材とが一体化されて該被補強部材を補強することができる。
【００１１】
本発明の補強方法によれば、前記誘導加熱によって前記補強部材の前記当接部は加熱されるものの前記被補強部材は全く加熱されないので、該被補強部材の変形を防止することができる。
【００１２】
尚、本発明の補強方法において、前記補強部材は、所定の長さを備えるものであってもよく、長尺体であってもよい。
【００１３】
ところで、本発明の補強方法においては、前記磁性体から前記当接部全体に熱伝導するとき、該当接部の一部分が過剰に昇温し前記熱可塑性樹脂の軟化温度を大きく上回って劣化温度に達すると、該当接部が熱劣化する虞がある。
【００１４】
そこで、本発明の補強方法において、前記当接部を溶着可能に加熱する工程は、該当接部を前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の温度範囲に加熱することが好ましい。
また、本発明の補強方法において、前記当接部を溶着可能に加熱する工程は、互いに昇温速度が異なる複数の加熱工程を備えることが好ましい。前記昇温速度が異なる複数の加熱工程を組み合わせることにより、前記補強部材を、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に確実に制御して加熱することができる。
【００１５】
また、前記複数の加熱工程を備える補強方法では、該複数の加熱工程は、前記補強部材の供給側ほど昇温速度が大きく排出側ほど昇温速度が小さくなるように行うことが好ましい。この場合には、まず、前記当接部を大きい昇温速度で加熱した後に、前記補強部材を前記供給側から排出側に移動させ、次に、該当接部を該供給側よりも小さい昇温速度で前記軟化温度以上の目標温度範囲に加熱する。前記補強部材の排出側において前記当接部を小さい昇温速度で加熱するので、該当接部を前記軟化温度以上の目標温度範囲により確実に制御して加熱することができる。
【００１６】
また、本発明の補強方法は、熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強装置であって、該被補強部材に対する当接部にのみ磁性体を含有する熱可塑性樹脂製成形体からなる該補強部材を供給する供給手段と、誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する誘導加熱手段と、該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とする補強装置によって有利に実施することができる。
【００１７】
また、本発明の補強装置において、前記誘導加熱手段は、前記当接部を前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の温度範囲に加熱することが好ましい。
また、本発明の補強装置において、前記誘導加熱手段は、互いに磁束密度が異なる複数の誘導加熱手段を備えることが好ましい。前記磁束密度が異なることにより昇温速度が異なる複数の誘導加熱手段を組み合わせることにより、前記補強部材を、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上の目標温度範囲に確実に制御して加熱することができる。
【００１８】
また、前記複数の誘導加熱手段は、前記補強部材の供給側ほど磁束密度が大きく排出側ほど磁束密度が小さくなるように設けられていることが好ましい。この場合には、まず、前記補強部材の供給側に設けられた磁束密度の大きい誘導加熱手段により、前記当接部を加熱した後に、前記補強部材を前記供給側から排出側に移動させる。次に、前記補強部材の排出側に設けられ該供給側よりも磁束密度の小さい誘導加熱手段により、前記供給側の誘導加熱手段により加熱された前記当接部を前記軟化温度以上の目標温度範囲に加熱する。前記補強部材の排出側において前記当接部を磁束密度の小さい誘導加熱手段により小さい昇温速度で加熱するので、該当接部を前記軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に確実に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の補強装置の構成を示す側面図。
【図２】本発明の実施形態の補強装置に用いられる補強部材を示す断面図。
【図３】先行技術の補強装置の構成を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。
【００２１】
図１に示す本実施形態の補強装置１は、自動車用外装部品に用いられる例えば厚さ０．７ｍｍの鉄鋼製の金属板Ｍを被補強部材として用い、その片面に熱可塑性樹脂からなる補強部材Ｐを溶着することにより補強する装置である。
【００２２】
補強部材Ｐは、図２に示すように補強部Ｐａと当接部Ｐｂとの二層構造の長尺状成形体からなり、該当接部Ｐｂが金属板Ｍに当接して溶着される。補強部Ｐａは、例えばグラスファイバーを２０質量％含有するナイロン６等の熱可塑性樹脂からなる。一方、当接部Ｐｂは、例えばスチレン系エラストマー等の熱可塑性樹脂からなり、磁性体Ｆが分散されている。磁性体Ｆは、例えばフェライト系ＳＵＳ、鉄鋼、軟鉄、鋼鉄、ニッケル等からなり、直径８０〜１５０μｍ、長さ１〜３ｍｍの繊維状であり、当接部Ｐｂ全体に対して３０〜６０質量％含有されている。
【００２３】
補強部材Ｐは、例えば、次のようにして得ることができる。まず、ペレット状のスチレン系エラストマーと繊維状の磁性体Ｆとを混合した混合物を溶融して棒状に押出成形する。次に、得られた押出成形体を裁断して得られた第１のペレットと、グラスファイバーを含むナイロン６からなる第２のペレットとをそれぞれ溶融する。次に、上下に重ねて設けられた２つのダイの一方から第１のペレットを溶融した第１の溶融樹脂を板状に押出成形するとともに、第１の溶融樹脂の押出成形体の上に、他方のダイから第２のペレットを溶融した第２の溶融樹脂を板状に押出成形する。この結果、スチレン系エラストマー及び磁性体Ｆの混合物からなる板状の押出成形体の上に、グラスファイバーを含むナイロン６からなる板状の押出成形体が積層され、その後冷却して固化することにより、補強部Ｐａと当接部Ｐｂとの二層構造の長尺状成形体からなる補強部材Ｐを得ることができる。
【００２４】
補強装置１は、ボビンＢに巻回された長尺状成形体の補強部材Ｐを中継ローラＲを介して引き出し、補強部材Ｐを、その始端側から末端側に向かって順に、ジグＪに載置された金属板Ｍの片面に溶着することにより金属板Ｍを補強する。補強装置１は、筐体２内に収容されていて、図示しないロボットにより金属板Ｍの上方において任意の位置に移動可能である。筐体２には、補強部材Ｐを内部に供給する供給口２ａと、補強部材Ｐが排出される排出口２ｂとが設けられている。
【００２５】
補強装置１は、供給口２ａに近い側から遠い側へ順に、ボビンＢに巻回された補強部材Ｐを引き出して筐体２内に連続供給する１対の送りローラ３と、補強部材Ｐの当接部Ｐｂを誘導加熱によって溶着可能に加熱する誘導加熱機４と、補強部材Ｐを所定の位置で切断するカッタ５と、筐体２の底部に設けられ、排出口２ｂから排出された補強部材Ｐを金属板Ｍに押圧する１対の押圧ローラ６とを備える。また、補強装置１は、誘導加熱機４の下方の筐体２の底部に設けられ、金属板Ｍの表面を脱脂洗浄する大気プラズマ洗浄機７を備える。
【００２６】
誘導加熱機４は、補強部材Ｐの供給側に設けられた第１の誘導加熱コイル４ａと、該補強部材Ｐの排出側に設けられた第２の誘導加熱コイル４ｂとを備える。第１の誘導加熱コイル４ａは、第２の誘導加熱コイル４ｂよりも大きい磁束密度を有しており、第２の誘導加熱コイル４ｂよりも大きい昇温速度で補強部材Ｐの当接部Ｐｂを加熱することができる。第１の誘導加熱コイル４ａは、例えば、コイル単位長さにおける巻数を大きくしたり、コイル長さを短くすることにより、第２のコイル４ｂよりも大きい磁束密度に設定することができる。
【００２７】
本実施形態では、誘導加熱機４は２つの誘導加熱コイル４ａ，４ｂとを備えるとしているが、複数の誘導加熱コイルが補強部材Ｐの供給側ほど磁束密度が大きく排出側ほど磁束密度が小さくなるように設けられていればよく、その数は限定されない。
【００２８】
次に、補強装置１による金属板Ｍの補強方法を説明する。まず、ボビンＢに巻回された長尺状成形体の補強部材Ｐを中継ローラＲを介して送りローラ３で引き出し、誘導加熱機４の第１の誘導加熱コイル４ａ及び第２の誘導加熱コイル４ｂの内方へ連続供給する。このとき、補強部材Ｐは、当接部Ｐｂが金属板Ｍに対向するように供給される。
【００２９】
次に、誘導加熱機４によって補強部材Ｐの当接部Ｐｂを誘導加熱することにより、当接部Ｐｂを溶着可能に加熱する。当接部Ｐｂは、含有された磁性体Ｆが前記誘導加熱によって加熱され、磁性体Ｆから当接部Ｐｂ全体に熱伝導することにより、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に加熱される。
【００３０】
具体的には、まず、第１の誘導加熱コイル４ａにより、当接部Ｐｂを例えば３５０℃／秒の大きい昇温速度で前記熱可塑性樹脂の軟化温度未満で該軟化温度に近い温度まで加熱する。
【００３１】
次に、補強部材Ｐが供給側から排出側へ移動した後に、第２の誘導加熱コイル４ｂにより、当接部Ｐｂを例えば２００℃／秒の小さい昇温速度で加熱する。このとき、第２の誘導加熱コイル４ｂは小さい昇温速度で昇温するので、前記熱可塑性樹脂の劣化温度に達することなく当接部Ｐｂを前記目標温度範囲に確実に制御して加熱することができる。
【００３２】
次に、当接部Ｐｂが溶着可能に加熱された補強部材Ｐを、大気プラズマ洗浄機７によって脱脂洗浄された金属板Ｍと押圧ローラ６，６との間に供給する。このとき、金属板Ｍと押圧ローラ６との間に送り込まれる角度を小さくすることにより、補強部材Ｐ、特に加熱された前記当接部Ｐｂにおいて前記角度の曲げによって生じる応力を低減することができる。
【００３３】
次に、当接部Ｐｂが加熱された補強部材Ｐを押圧ローラ６で金属板Ｍの表面に押圧する。このとき、前記誘導加熱によって当接部Ｐｂが溶着可能に加熱されているので、金属板Ｍを加熱しなくても当接部Ｐｂを金属板Ｍの片面に溶着することができ、補強部材Ｐと金属板Ｍとを一体化して金属板Ｍを補強することができる。
【００３４】
そして、金属板Ｍに溶着された補強部材Ｐの長さが金属板Ｍの補強すべき所定の長さに近づいたとき、カッタ５で補強部材Ｐを切断することにより補強部材Ｐの供給が停止する。また、切断された補強部材Ｐを押圧ローラ６，６で押圧して補強部材Ｐの末端まで金属板Ｍに溶着することにより、金属板Ｍが所定の長さの補強部材Ｐにより補強される。
【００３５】
補強装置１は、図示しないロボットを介して長尺状成形体の補強部材Ｐの始端側から末端側に向かって移動するとともに金属板Ｍの幅方向に移動しながら、上記の動作を繰り返し行う。
【００３６】
本実施形態の補強装置１によれば、前記誘導加熱によって補強部材Ｐの当接部Ｐｂは加熱されるものの金属板Ｍは全く加熱されないので、金属板Ｍの変形を防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態の補強装置１によれば、補強部材Ｐの当接部Ｐｂが金属板Ｍに溶着可能な程度に加熱されていればよく、補強部Ｐａ及び金属板Ｍを加熱する必要がないので、金属板Ｍの補強に要するエネルギーを低減することができる。また、補強装置１全体において加熱されるのは当接部Ｐｂだけであり、当接部Ｐｂ自体は小さいために短時間で冷却されるので、冷却設備を設ける必要がなく、装置構成を簡単なものにすることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態の補強装置１によれば、昇温速度が異なる複数の誘導加熱コイル４ａ，４ｂを備えるので、当接部Ｐｂを過剰に加熱して熱劣化させることを防止し、該当接部Ｐｂを前記軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に確実に制御することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、長尺状成形体からなる補強部材Ｐを溶着可能に加熱した後に、金属板Ｍに溶着する工程で該補強部材Ｐを所定の長さに切断しているが、予め所定の長さに切断された成形体からなる補強部材Ｐを溶着可能に加熱し金属板Ｍに溶着するようにしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、補強部材が溶着される被補強部材として金属板Ｍを用いるとしているが、金属板Ｍに代えて樹脂製の板材を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…補強装置、  ３…供給手段（送りローラ）、  ４ａ，４ｂ…誘導加熱手段（誘導加熱コイル）、  ６…押圧手段、  Ｆ…磁性体、  Ｍ…金属板（被補強部材）、  Ｐ…補強部材、  Ｐｂ…当接部。
【図１】
0005606578.tif 000002
【図２】
0005606578.tif 000003
【図３】
0005606578.tif 000004