(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂を含み、超音波溶着により互いに接合される樹脂部材であって、
前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部と、
前記溶融開始部の周囲を囲むように形成された溝部と、
前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差するように形成され、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する少なくとも一つの壁部と、
を備え、
前記溝部の底部を基準位置とする前記壁部の頂部の高さが、前記溝部の外周に位置する前記樹脂部材の面の高さよりも低い、樹脂部材。
【請求項２】
熱可塑性樹脂を含み、超音波溶着により互いに接合される樹脂部材であって、
前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部と、
前記溶融開始部の周囲を囲むように形成された溝部と、
前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差するように形成され、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する複数の壁部と、
を備え、
前記溝部の底部を基準位置とする前記複数の壁部の頂部の高さが、前記溶融開始部の高さよりも低く、前記溶融開始部から離れるにしたがって前記壁部の頂部の高さが低くなる、樹脂部材。
【請求項３】
前記樹脂部材の表面を基準位置とする前記溝部の深さが１．０ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の樹脂部材。
【請求項４】
前記壁部により区分された前記溝部の前記内側部分及び前記外側部分は、同心円状に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂部材。
【請求項５】
前記溶融開始部の大きさは、前記超音波溶着に用いられる超音波溶着装置のチップの大きさに対応する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の樹脂部材。
【請求項６】
熱可塑性樹脂を含む二つの樹脂部材を超音波溶着により接合する接合方法であって、
前記二つの樹脂部材の少なくとも一方は、接合領域に、前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部の周囲に溝部と、前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差する方向に沿って形成されて、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する少なくとも一つの壁部と、を備えるとともに、前記溝部の底部を基準位置とする前記壁部の頂部の高さが、前記溝部の外周に位置する前記樹脂部材の面の高さよりも低くされ、
前記二つの樹脂部材の接合面を当接させて支持する工程と、
振動素子により前記溶融開始部に対して面圧を負荷し、前記二つの樹脂部材を接合する工程と、
を備える、樹脂部材の接合方法。
【請求項７】
熱可塑性樹脂を含む二つの樹脂部材を超音波溶着により接合する接合方法であって、
前記二つの樹脂部材の少なくとも一方は、接合領域に、前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部の周囲に溝部と、前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差する方向に沿って形成されて、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する複数の壁部と、を備えるとともに、前記溝部の底部を基準位置とする前記複数の壁部の頂部の高さが、前記溶融開始部の高さよりも低くされ、かつ、前記溶融開始部から離れるにしたがって前記壁部の頂部の高さが低くされ、
前記二つの樹脂部材の接合面を当接させて支持する工程と、
振動素子により前記溶融開始部に対して面圧を負荷し、前記二つの樹脂部材を接合する工程と、
を備える、樹脂部材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂を含み、超音波溶着により互いに接合される樹脂部材、及び樹脂部材の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車車体の構造部品は、従来、鋼材等の金属材料により構成されていた。近年、車体の軽量化のために、炭素繊維が混合された繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）等の樹脂材料により構成される構造部品の使用が実現されつつある。金属材料からなる部品同士を締結する接合方法として、大きく三つの方法がある。一つはボルト等による艤装接合であり、一つは接着剤による接着であり、一つは金属を溶融させる溶融接合である。樹脂材料により部品を構成する場合においても、金属材料からなる部品と同様の強固な接合が求められる。特に、熱可塑性樹脂を含む樹脂材料からなる部品の場合、樹脂材料を溶融させて接合する溶着技術が期待される。
【０００３】
溶着は、ボルト等による艤装接合や、接着剤による接着のように、第三の介在物を用いることなく、部品同士を強固に接合し得る接合方法である。溶着の中でも、超音波溶着は、局所的に接合したい部位のみの樹脂を溶融させることができるため、部品の全体形状を考慮しなくてよいなど、応用性が高い。しかしながら、樹脂材料からなる部品同士を超音波溶着により接合する場合、界面で溶融した樹脂が、界面に溜まることによって、界面の厚みの制御が困難であったり、接合強度が安定しなかったりする場合があった。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、樹脂製のブラケット部品の溶着面に、溶融部と、溶融部に沿った溝部とが形成され、当該溶着面を基材の表面に当接させて、ブラケット部品の溶着面の裏側から溶融部に対して加圧振動させるブラケット部品の溶着方法が開示されている。かかる溶着方法では、溶け出した溶融樹脂が溝部内へ分散して流入し、さらに、溶融樹脂の一部がブラケット部品の表面に流出するが、超音波ホーンに設けられた凹部の環状平面部によって、流出した溶融樹脂が溝部内へ強制的に流し込まれる。これにより、溶融部の溶融面と、溝部内を埋めた溶融樹脂とが略同一面となって、溶融樹脂が接着剤としての機能を発揮し、ブラケット部品が基材に溶着一体化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５６５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のブラケット部品の溶着方法において示される溝部は、溶融部の周囲を囲った環状の溝部や、環状の溝部からさらに放射状に溝部を延長した形状の溝部や、溶融部の周囲に放射状に延びた溝部となっている。すなわち、特許文献１に記載の溶着方法は、比較的大きな溝部を設けることによって、溶着時に界面に発生する余剰溶融樹脂の逃げ代を確保しているが、溝部が大きすぎる場合には、溶融樹脂が流れ込む領域であっても、樹脂による部品同士の接合が不十分となる領域が生じ得る。
【０００７】
具体的には、溶融樹脂が流れ込む領域であっても、溝部が大きすぎると、溝部の底部と接合対象の基材の表面との間に溶融樹脂を充填しきれずに、接合強度が高められないおそれがある。したがって、界面の厚みを減らすことができるとしても、接合強度に寄与しながら溶融樹脂を互いの部品に密着させることができないおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、超音波溶着時に溶融した樹脂を確実に接合強度の向上に寄与させつつ、界面の厚みの増加を抑制可能な、樹脂部品及び樹脂部品の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、熱可塑性樹脂を含み、超音波溶着により互いに接合される樹脂部材であって、前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部と、前記溶融開始部の周囲を囲むように形成された溝部と、前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差するように形成され、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する少なくとも一つの壁部と、を備え、前記溝部の底部を基準位置とする前記壁部の頂部の高さが、前記溝部の外周に位置する前記樹脂部材の面の高さよりも低い、樹脂部材が提供される。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、熱可塑性樹脂を含み、超音波溶着により互いに接合される樹脂部材であって、前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部と、前記溶融開始部の周囲を囲むように形成された溝部と、前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差するように形成され、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する複数の壁部と、を備え、前記溝部の底部を基準位置とする前記複数の壁部の頂部の高さが、前記溶融開始部の高さよりも低く、前記溶融開始部から離れるにしたがって前記壁部の頂部の高さが低くなる、樹脂部材が提供される。
【００１１】
前記樹脂部材の表面を基準位置とする前記溝部の深さが１．０ｍｍ以下であってもよい。
【００１２】
前記壁部により区分された前記溝部の前記内側部分及び前記外側部分は、同心円状に配置されてもよい。
【００１３】
前記溶融開始部の大きさは、前記超音波溶着に用いられる超音波溶着装置のチップの大きさに対応してもよい。
【００１４】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、熱可塑性樹脂を含む二つの樹脂部材を超音波溶着により接合する接合方法であって、
前記二つの樹脂部材の少なくとも一方は、接合領域に、前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部の周囲に溝部と、前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差する方向に沿って形成されて、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する少なくとも一つの壁部と、を備えるとともに、前記溝部の底部を基準位置とする前記壁部の頂部の高さが、前記溝部の外周に位置する前記樹脂部材の面の高さよりも低くされ、前記二つの樹脂部材の接合面を当接させて支持する工程と、振動素子により前記溶融開始部に対して面圧を負荷し、前記二つの樹脂部材を接合する工程と、を備える、樹脂部材の接合方法が提供される。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、熱可塑性樹脂を含む二つの樹脂部材を超音波溶着により接合する接合方法であって、前記二つの樹脂部材の少なくとも一方は、接合領域に、前記超音波溶着の際に面圧が負荷される溶融開始部の周囲に溝部と、前記溶融開始部から外側に向かう方向に対して交差する方向に沿って形成されて、少なくとも部分的に前記溝部を内側部分及び外側部分に区分する複数の壁部と、を備えるとともに、前記溝部の底部を基準位置とする前記複数の壁部の頂部の高さが、前記溶融開始部の高さよりも低くされ、かつ、前記溶融開始部から離れるにしたがって前記壁部の頂部の高さが低くされ、前記二つの樹脂部材の接合面を当接させて支持する工程と、振動素子により前記溶融開始部に対して面圧を負荷し、前記二つの樹脂部材を接合する工程と、を備える、樹脂部材の接合方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明の樹脂部材及び樹脂部材の接合方法によれば、超音波溶着時に溶融した樹脂を確実に接合強度の向上に寄与させつつ、界面の厚みの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】樹脂部材を超音波溶着により接合する様子を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる樹脂部材の構成を示す説明図である。
【図３】高さが異なる壁部の例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図５】同実施形態にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図６】同実施形態にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図７】同実施形態にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図８】対比例にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図９】対比例にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図１０】対比例にかかる樹脂部材の接合方法を示す説明図である。
【図１１】変形例１にかかる樹脂部材の構成を示す説明図である。
【図１２】変形例２にかかる樹脂部材の構成を示す説明図である。
【図１３】変形例３にかかる樹脂部材の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
【００２０】
＜１．樹脂部材＞
まず、本発明の実施の形態にかかる樹脂部材の構成について説明する。樹脂部材は、接合対象部材に対して超音波溶着によって接合される部材である。超音波溶着は、例えば、図１に示すように、第１の樹脂部材１０と第２の樹脂部材２０とを、互いの接合面を当接させて支持した状態で、超音波溶着装置のチップ３０を第２の樹脂部材２０における接合面の反対側の面から押し当てることにより行われる。本実施形態にかかる樹脂部材は、第１の樹脂部材１０及び第２の樹脂部材２０のうちの少なくとも一方の樹脂部材に適用することができる。
【００２１】
（１−１．構成材料）
樹脂部材は、超音波溶着に用いられ、熱可塑性樹脂を含む樹脂部材であれば、特に限定されない。例えば、樹脂部材は、自動車車体用部品に使用される繊維強化樹脂製の部材とすることができる。繊維強化樹脂製の部材の場合、使用される強化繊維は、特に限定されるものではなく、例えば、炭素繊維やガラス繊維等のセラミックス繊維、アラミド繊維等の有機繊維、さらにはこれらを組み合わせた強化繊維を使用することができる。中でも、高い機械特性や強度設計の行いやすさ等の観点から、炭素繊維を含むことが好ましい。
【００２２】
また、第１の樹脂部材１０を構成する繊維強化樹脂のマトリックス樹脂の主材としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱可塑性樹脂が例示される。これらの熱可塑性樹脂うちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用することができる。これら熱可塑性樹脂は、単独でも、混合物でも、また共重合体であってもよい。混合物の場合には相溶化剤を併用してもよい。さらに、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などを加えてもよい。
【００２３】
この場合、使用される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂が挙げられる。
【００２４】
（１−２．接合領域の構成）
図２は、第１の樹脂部材１０の接合領域を示す説明図である。図２には、第１の樹脂部材１０の接合領域を示す平面図及び断面図が示されている。断面図は、平面図におけるＡＡ断面の矢視図である。かかる第１の樹脂部材１０は板状を成しているが、第１の樹脂部材１０は板状に限られず、種々の形状とすることができる。
【００２５】
（１−２−１．溶融開始部）
第１の樹脂部材１０は、接合領域に溶融開始部Ｓを備える。接合領域は、超音波溶着時に第２の樹脂部材２０に対向配置されて、第２の樹脂部材２０に接合される領域である。溶融開始部Ｓは、超音波溶着時に、主として面圧が負荷される領域である。図示した溶融開始部Ｓは、円形に形成されている。かかる溶融開始部Ｓの外形及び大きさは、超音波溶着装置のチップ３０の外形及び大きさに対応している（図１を参照）。
【００２６】
また、溶融開始部Ｓの上面の位置は、第１の樹脂部材１０の接合領域の大部分の表面位置に一致している。すなわち、溶融開始部Ｓの上面の位置は、溝部１２のさらに外側における第１の樹脂部材１０の表面の位置に一致している。溶融開始部Ｓの表面が、第１の樹脂部材１０の接合領域の大部分の表面位置に一致させるようにすれば、溶融開始部Ｓの形成が容易になる。すなわち、第１の樹脂部材１０を形成した後、切削加工や刻印等により溝部１２を形成することによって、溶融開始部Ｓが形成される。
【００２７】
なお、溶融開始部Ｓの上面の位置は、溝部１２のさらに外側における第１の樹脂部材１０の表面の位置よりも突出していてもよい。溶融開始部Ｓの表面を突出させることにより、超音波溶着時において、溶融開始部Ｓから確実に溶融させることができる。溶融開始部Ｓの表面を突出させる場合、溶融開始部Ｓ及び溝部１２を形成するには型成形が好適である。
【００２８】
（１−２−２．溝部及び壁部）
溶融開始部Ｓの周囲には、溶融樹脂を受容するための溝部１２が設けられている。溝部１２は、溶融開始部Ｓの周囲を囲むように形成されている。本実施形態では、溝部１２は、全体として環状に形成され、第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂにより、第１の溝部１２ａ、第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃに区分されている。第１の壁部１４ａは、溝部１２を、内側部分の第１の溝部１２ａと、外側部分の第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃとに区分する。また、第２の壁部１４ｂは、溝部１２を、少なくとも部分的に、内側部分の第１の溝部１２ａ及び第２の溝部１２ｂと、外側部分の第３の溝部１２ｃとに区分する。
【００２９】
溝部１２が、第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂによって、内側部分及び外側部分に区分されることにより、超音波溶着時に発生する溶融樹脂が、第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂに堰き止められつつ、第１の溝部１２ａから順次外側の溝部に流れ込む。したがって、溶融開始部Ｓからある方向に向けて流れ出す溶融樹脂は、まず、第１の溝部１２ａに充填された後に第２の溝部１２ｂに流れ込み、第２の溝部１２ｂに充填された場合には、さらに、第３の溝部１２ｃに流れ込むようになる。これにより、溶融樹脂が流れ込む溝部において、溶融樹脂が接合強度の向上に確実に寄与できるようになる。
【００３０】
第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂは、溶融開始部Ｓから外側に向かう方向に対して交差するように形成されて、溶融樹脂を堰き止める機能を有する。本実施形態では、第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂは、溶融開始部Ｓを中心に同心円状に配置され、第１の溝部１２ａ、第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃが同心円状をなす。第１の溝部１２ａ、第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃが同心円状をなすことにより、溶融樹脂の発生位置や流れ込む方向にばらつきがあっても、溶融樹脂が内側の溝部から順次に充填されるようになる。これにより、溶融樹脂を接合強度の向上に確実に寄与させることができる。
【００３１】
かかる溝部１２において、溶融開始部Ｓを中心とする径方向に沿って切断したときの、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの断面形状は、特に限定されない。例えば、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの断面形状は、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの底部を頂点とする略三角形状とすることができる。溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの断面形状が略三角形状であれば、溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内の角部分を少なくすることができ、溶融樹脂の充填時に、溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内で隙間が生じにくくなる。
【００３２】
このとき、溝部１２を、溶融開始部Ｓを中心とする径方向に沿って切断したときの、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び壁部１４ａ，１４ｂの断面形状が、波状に滑らかに連なる曲線からなることが好ましい。かかる断面形状であれば、溶融樹脂の充填時に、溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内で隙間が生じにくくなる、また、かかる断面形状であれば、例えば、型成形によって第１の樹脂部材１０を形成する場合において、溝１２ａ，１２ｂ，１２ｃの加工が容易になる。
【００３３】
ここで、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの幅が大きすぎると、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃへの溶融樹脂の充填が不十分となって、接合強度の向上が不十分となるおそれがある。一方、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの幅が小さすぎると、溶融樹脂によって、第１の樹脂部材１０が第２の樹脂部材２０から持ち上げられ、隙間が生じるおそれがある。したがって、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの幅は、０．５〜１．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．６〜０．９ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３４】
第１の樹脂部材１０の表面を基準位置とする溝部１２の深さは１．０ｍｍ以下であることが好ましい。かかる溝部１２の深さが１ｍｍを超えると、それぞれの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃへの溶融樹脂の充填が不十分となって、接合強度の向上が不十分となるおそれがある。一方、かかる溝部１２の深さが浅すぎると、溶融樹脂によって、第１の樹脂部材１０が第２の樹脂部材２０から持ち上げられ、隙間が生じるおそれがある。したがって、第１の樹脂部材１０の表面を基準位置とする溝部１２の深さは、０．５〜１．０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．６〜０．９ｍｍの範囲内であることがより好ましい。なお、基準位置となる第１の樹脂部材１０の表面は、第２の樹脂部材２０と重ね合わされる第１の樹脂部材１０の表面であり、例えば、溝部１２のさらに外側に位置する第１の樹脂部材１０の表面に相当する。
【００３５】
図示した例では、第１の溝部１２ａ、第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃの径方向の幅は同一であるが、当該幅は異なっていてもよい。例えば、溶融開始部Ｓから離れた外側の溝部の幅がより小さくなるようにしてもよい。また、図示した例では、第１の溝部１２ａ、第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃの深さは同一であるが、当該深さは異なっていてもよい。例えば、溶融開始部Ｓから離れた外側の溝部の深さがより浅くなるようにしてもよい。これにより、すべての溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの容積を等しくしたり、あるいは、溶融開始部Ｓから遠い外側の溝部の容積をより小さくしたりすることができ、溶融樹脂がより外側の溝部に流れ込んだ場合においても、溶融樹脂が溝部に充填されやすくなる。
【００３６】
溝部１２ａの底部を基準位置とする第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂの頂部の高さが、溶融開始部Ｓの高さよりも低くてもよい。第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂの頂部の高さが溶融開始部Ｓの高さよりも低い場合、超音波溶着時において、確実に溶融開始部Ｓから溶融させることができる。さらに、第２の壁部１４ｂの頂部の高さが、第１の壁部１４ａの頂部の高さよりも低くてもよい。すなわち、図３に示すように、溶融開始部Ｓから離れるにしたがって、壁部の頂部の高さが低くなってもよい。これにより、超音波溶着時に、溶融開始部Ｓが溶融した後、内側の壁部から順次溶融しやすくなって、溶融開始部Ｓを中心として接合強度を向上させることができる。
【００３７】
また、第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂの高さが、接合領域における第１の樹脂部材１０の大部分の表面、すなわち、溝部１２のさらに外側の第１の樹脂部材１０の表面の高さよりも低くてもよい。第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂの高さが第１の樹脂部材１０の表面の高さよりも低ければ、溝部１２に流れ込む溶融樹脂が堰き止められながらも、外側の第２の溝部１２ｂあるいは第３の溝部１２ｃに流れ込みやすくなる。したがって、溶融樹脂によって、第１の樹脂部材１０が第２の樹脂部材２０から持ち上げられることをより抑制することができる。
【００３８】
なお、図示した例では、溝部１２が、二つの壁部１４ａ，１４ｂによって、三つの溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃに区分されているが、区分される数はかかる例に限定されない。壁部の数は一つでもよく、三つ以上でもよい。したがって、溝部の数は二つであってもよいし、四つ以上であってもよい。また、第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂは、溶融開始部Ｓを中心として円形状をなしていなくてもよく、溶融開始部Ｓから外側に向かう方向に対して交差するように配置されていればよい。また、第１の壁部１４ａ又は第２の壁部１４ｂは、全周に亘って連続していなくてもよい。
【００３９】
＜２．樹脂部材の接合方法＞
以上、本実施形態にかかる樹脂部材としての第１の樹脂部材１０の構成について説明した。次に、本実施形態にかかる樹脂部材の接合方法として、超音波溶着により、第１の樹脂部材１０を第２の樹脂部材２０に対して接合する方法の一例について説明する。
【００４０】
（２−１．本実施形態による超音波溶着）
図４〜図７は、第１の樹脂部材１０が第２の樹脂部材２０に接合される様子を示す説明図である。図４〜図６において、上方に、重ね合わせられた第１の樹脂部材１０及び第２の樹脂部材２０を、第２の樹脂部材２０側から見た図が示され、下方に、第１の樹脂部材１０及び第２の樹脂部材２０の断面図（ＸＸ断面、ＹＹ断面、ＺＺ断面の矢視図）が示されている。図７の断面図は、図４〜図６の断面図に対応する。
【００４１】
かかる接合方法の例は、超音波溶着装置のチップ３０を樹脂部材に挿入することにより、接合領域に超音波振動を付与し、熱可塑性樹脂を溶融して第１の樹脂部材１０と第２の樹脂部材２０とを溶着する超音波溶着の例である。使用するチップ３０の先端形状は、尖形を有するスポットタイプであってもよいし、ダイヤカット形状を有する面タイプであってもよい。
【００４２】
まず、図４に示すように、所定の溶融開始部Ｓ、溝部１２及び壁部１４ａ，１４ｂを有する第１の樹脂部材１０と、第２の樹脂部材２０とが、互いの接合面を対向させて、重ね合わせられる。図示した例では、接合面を上に向けて載置された第１の樹脂部材１０の上に、接合面を下に向けた第２の樹脂部材２０が重ね合わせられて保持されている。第１の樹脂部材１０と第２の樹脂部材２０とは、上下が逆になっていてもよい。あるいは、第１の樹脂部材１０及び第２の樹脂部材２０がともに本実施形態にかかる樹脂部材として、所定の溶融開始部Ｓ、溝部１２及び壁部１４ａ，１４ｂを備えていてもよい。この状態で、溶融開始部Ｓに相当する位置に対して、第２の樹脂部材２０の上面側から、超音波振動を付与しながらチップ３０を押圧する。
【００４３】
そうすると、図５に示すように、チップ３０は第２の樹脂部材２０に進入するとともに、第１の樹脂部材１０の溶融開始部Ｓに面圧がかかり、溶融開始部Ｓ、及び溶融開始部Ｓに当接する第２の樹脂部材２０の表面が溶融し始める。このとき生じる溶融樹脂Ｐは、まず、第１の樹脂部材１０に形成された溝部１２のうち、溶融開始部Ｓに近い第１の溝部１２ａへと流れ込む。さらに、第２の樹脂部材２０に対して、超音波振動を付与しながらチップ３０を押圧することにより、チップ３０は第２の樹脂部材２０を貫通して、第１の樹脂部材１０に到達する。
【００４４】
そうすると、図６に示すように、第１の樹脂部材１０の溶融開始部Ｓ、及び溶融開始部Ｓに当接する第２の樹脂部材２０の表面がさらに溶融する。このようにして溶融樹脂Ｐが増えると、溶融樹脂Ｐが多く流れ出る方向では、第１の溝部１２ａが溶融樹脂Ｐで満たされ、さらに第１の壁部１４ａを超えて、第２の溝部１２ｂに流れ込む。このとき、第１の壁部１４ａの頂部の高さが溶融開始部Ｓの表面の高さと同じであったとしても、溶融開始部Ｓが溶融した状態では、第１の壁部１４ａに面圧がかかりやすく、第１の壁部１４ａ、及び第１の壁部１４ａに当接する第２の樹脂部材２０の表面が溶融しやすくなる。したがって、第１の壁部１４ａと第２の樹脂部材２０との間から第２の溝部１２ｂへの、溶融樹脂Ｐの流れ込みが阻まれることはない。
【００４５】
なお、本実施形態にかかる樹脂部材の接合方法では、第１の溝部１２ａがすべて溶融樹脂Ｐで満たされた後に、第２の溝部１２ｂに流れ込むことを要しない。樹脂部材、特に、繊維強化樹脂からなる部材の場合、表面の平滑性にばらつきが生じやすいことから、第１の樹脂部材１０あるいは第２の樹脂部材２０の溶融位置及び溶融樹脂Ｐ量をあらかじめ制御することは困難である。したがって、図６に示したように、溶融樹脂Ｐが多く流れ出る方向を中心に、第１の溝部１２ａが溶融樹脂Ｐで満たされた後に、第２の溝部１２ｂに流れ込むようになっていればよい。
【００４６】
そして、チップ３０を第２の樹脂部材２０に押圧し始めてから、あるいは、チップ３０が第１の樹脂部材１０へと到達して、チップ３０の進入を停止してから、あらかじめ設定した所定時間が経過した後、チップ３０を上昇させることにより、超音波溶着が終了する。これにより、図７に示すように、溶融樹脂Ｐは、第１の溝部１２ａ及び第２の溝部１２ｂに充填された状態で硬化し始め、第１の樹脂部材１０の接合面及び第２の樹脂部材２０の接合面の界面が溶着される。図７に示した例では、第２の溝部１２ｂまで溶融樹脂Ｐが流れ込んでいる。
【００４７】
以上のように、所定の溶融開始部Ｓ、溝部１２及び壁部１４ａ，１４ｂを備えた第１の樹脂部材１０を用いて超音波溶着を行うことにより、溶融樹脂Ｐが、壁部１４ａ，１４ｂに堰き止められつつ内側の溝部に充填された後に、外側の溝部へと流れ込む。したがって、それぞれの溝部に流れ込む溶融樹脂Ｐを、確実に接合強度の向上に寄与させることができる。また、溶融樹脂Ｐは、内側の溝部に充填された場合には、壁部を超えて外側の溝部に流れ込む。したがって、溶融樹脂Ｐによって、第１の樹脂部材１０が第２の樹脂部材２０から持ち上げられることが抑制される。このように、本実施形態にかかる樹脂部材の接合方法によれば、第１の樹脂部材１０と第２の樹脂部材２０との間での隙間の発生が抑制されるとともに、溶融樹脂Ｐによって、第１の樹脂部材１０と第２の樹脂部材２０との接合強度が向上する。
【００４８】
（２−２．対比例による超音波溶着）
比較のために、溶融開始部、溝部及び壁部を備えない樹脂部材同士を超音波溶着により接合する対比例について説明する。図８〜図１０は、対比例において、第１の樹脂部材１１０が第２の樹脂部材１２０に接合される様子を示す説明図である。図８〜図１０は、それぞれ本実施形態による接合方法を示す図４〜図６に対応する図である。
【００４９】
対比例では、まず、図８に示すように、ともに凹凸のない平面である、第１の樹脂部材１１０及び第２の樹脂部材１２０の接合面を互いに対向させて保持した状態で、超音波振動を付与しながら、超音波溶着装置のチップ３０を第２の樹脂部材１２０側から押圧する。そうすると、図９に示すように、第１の樹脂部材１１０及び第２の樹脂部材１２０の接合面における、チップ３０による押圧力によって面圧がかかる領域の表面が溶融し始める。
【００５０】
その後も、超音波振動を付与しながらチップ３０を押圧することにより、図１０に示すように、チップ３０は第２の樹脂部材１２０を貫通して、第１の樹脂部材１１０に到達する。かかる図９から図１０にかけての一連の工程において、第１の樹脂部材１１０と第２の樹脂部材１２０との界面に溶融樹脂Ｐの逃げ代がないことから、溶融樹脂Ｐによって、第１の樹脂部材１１０が第２の樹脂部材から持ち上げられる。したがって、対比例では、溶融樹脂Ｐが第１の樹脂部材１１０と第２の樹脂部材１２０との接着剤として機能するものの、第１の樹脂部材１１０と第２の樹脂部材１２０との間に隙間が生じてしまい、接合領域の界面の厚さが増加することとなる。
【００５１】
＜３．効果＞
以上説明した本実施形態にかかる樹脂部材及び樹脂部材の接合方法では、樹脂部材（第１の樹脂部材１０）が、溶融開始部Ｓと、溝部１２と、溝部１２を第１の溝部１２ａ、第２の溝部１２ｂ及び第３の溝部１２ｃに区分する第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂを備える。これにより、超音波溶着装置によって面圧がかけられる溶融開始位置が特定される。また、溶融開始部Ｓの周囲を囲むように形成された溝部１２が、壁部１４ａ，１４ｂにより区分されていることから、超音波溶着により生じた溶融樹脂Ｐは、壁部１４ａ，１４ｂにより堰き止められつつ、溶融開始部Ｓに近い第１の溝部１２ａから順次流れ込む。
【００５２】
したがって、溝部において溶融樹脂Ｐが流れ込む領域では、溶融樹脂Ｐが、第１の樹脂部材１０及び第２の樹脂部材２０にともに接するようになり、溶融樹脂Ｐは、確実に接合強度の向上に寄与することとなる。また、溶融樹脂Ｐが内側の所定の溝部に充填されると、溶融樹脂Ｐは、壁部を乗り越えて外側の溝部に順次流れ込むことから、溶融樹脂Ｐによって、第１の樹脂部材１０が第２の樹脂部材２０から持ち上げられることが抑制される。このようにして、本実施形態にかかる樹脂部材及び樹脂部材の接合方法によれば、超音波溶着時に生じた溶融樹脂Ｐが確実に接合強度の向上に寄与しつつ、接合領域の界面の厚さの増加が抑制される。
【００５３】
＜４．変形例＞
以下、本実施形態にかかる樹脂部材（第１の樹脂部材１０）の変形例の幾つかを説明する。
【００５４】
（４−１．変形例１）
図１１は、変形例１にかかる樹脂部材５０Ａの接合面を示す平面図である。変形例１にかかる樹脂部材５０Ａは、溝部１２内に、溶融開始部Ｓを中心として想定される円の接線方向に延びる複数の壁部５２を備える。それぞれの壁部５２は、溶融開始部Ｓから外側に向かう方向に対して交差するように形成され、それぞれの位置において、溝部１２を、溶融開始部Ｓに近い内側部分と、溶融開始部Ｓから離れた外側部分とに区分する。壁部５２が、溶融開始部Ｓの周囲を全周に亘って連続していない場合、それぞれの壁部５２の長さが、例えば３．０ｍｍ以上であることが好ましい。壁部５２の長さが短すぎると、溶融樹脂を堰き止める効果を得られない場合があるからである。
【００５５】
変形例１にかかる樹脂部材５０Ａにおいても、超音波溶着時に発生する溶融樹脂は、壁部５２により堰き止められつつ、溝部１２の内側部分から順次外側部分に流れ込む。したがって、変形例１にかかる樹脂部材５０Ａにおいても、超音波溶着時に生じた溶融樹脂が確実に接合強度の向上に寄与しつつ、接合領域の界面の厚さの増加が抑制される。
【００５６】
（４−２．変形例２）
図１２は、変形例２にかかる樹脂部材５０Ｂの接合面を示す平面図である。変形例２にかかる樹脂部材５０Ｂは、上記の実施形態における第１の樹脂部材１０における第１の壁部１４ａ及び第２の壁部１４ｂが不連続にされて、断続的に形成された壁部５４ａ，５４ｂを備えた例である。変形例２においても、それぞれの壁部５４ａ，５４ｂの長さが、例えば３．０ｍｍ以上であることが好ましい。変形例２にかかる樹脂部材５０Ｂにおいても、超音波溶着時に発生する溶融樹脂は、壁部５４ａ，５４ｂにより堰き止められつつ、溝部１２の内側部分から順次外側部分に流れ込む。したがって、変形例２にかかる樹脂部材５０Ｂにおいても、超音波溶着時に生じた溶融樹脂が確実に接合強度の向上に寄与しつつ、接合領域の界面の厚さの増加が抑制される。
【００５７】
（４−３．変形例３）
図１３は、変形例３にかかる樹脂部材４０の接合面を示す平面図である。変形例３にかかる樹脂部材４０は、溝部４２が、壁部４４ａ，４４ｂによって区分され、それぞれの溝部４２ａ，４２ｂ，４２ｃが全体として同心円状をなしている。ただし、上記の実施形態にかかる第１の樹脂部材１０の溝部１２ａ，１２ｂ，１２ｃとは異なり、溝部４２ａ，４２ｂ，４２ｃが、溶融開始部Ｓの周囲に不連続に配置されている。変形例３にかかる樹脂部材４０においても、超音波溶着時に発生する溶融樹脂は、壁部４４ａ，４４ｂにより堰き止められつつ、溝部４２の内側部分から順次外側部分に流れ込む。したがって、変形例３にかかる樹脂部材４０においても、超音波溶着時に生じた溶融樹脂が確実に接合強度の向上に寄与しつつ、接合領域の界面の厚さの増加が抑制される。
【００５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５９】
例えば、溝部の全体形状、あるいは、壁部によって区分されるそれぞれの溝部の形状は上記の実施形態で説明した例に限られない。また、壁部によって区分される溝部の数についても上記の実施形態で説明した例に限られない。溝部の形状や数は、想定される樹脂の溶融位置や溶融樹脂量に応じて適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０    樹脂部材（第１の樹脂部材）
１２    溝部
１２ａ    第１の溝部
１２ｂ    第２の溝部
１２ｃ    第３の溝部
１４ａ    第１の壁部
１４ｂ    第２の壁部
２０    第２の樹脂部材（接合対象）
３０    チップ
５０Ａ，５０Ｂ    樹脂部材
５２    壁部
５４ａ，５４ｂ    壁部
１１０    第１の樹脂部材
１２０    第２の樹脂部材
Ｓ    溶融開始部
【図１】
0006010641.tif 000002
【図２】
0006010641.tif 000003
【図３】
0006010641.tif 000004
【図４】
0006010641.tif 000005
【図５】
0006010641.tif 000006
【図６】
0006010641.tif 000007
【図７】
0006010641.tif 000008
【図８】
0006010641.tif 000009
【図９】
0006010641.tif 000010
【図１０】
0006010641.tif 000011
【図１１】
0006010641.tif 000012
【図１２】
0006010641.tif 000013
【図１３】
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