(57)【要約】【課題】設計の自由度が高く、かつ、安価に接合体を製造できる接合体の製造方法及びその製造方法により製造された接合体を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、樹脂部品１０と金属部品２０との接合体９を製造する接合体９の製造方法であり、被嵌合部１１を有する熱可塑性樹脂製の樹脂部品１０、及び被嵌合部１１に嵌合可能な嵌合部２１を有する金属部品２０を準備する準備工程と、被嵌合部１１に嵌合部２１を嵌合する嵌合工程と、被嵌合部１１と嵌合部２１を嵌合した状態で、外的加熱装置３０により被嵌合部１１又は嵌合部２１に加圧力を加えながら被嵌合部１１の被嵌合面を溶融させ、被嵌合部１１と嵌合部２１とを溶着する溶着工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂部品と金属部品との接合体を製造する接合体の製造方法であり、
被嵌合部を有する熱可塑性樹脂製の前記樹脂部品、及び前記被嵌合部に嵌合可能な嵌合部を有する前記金属部品を準備する準備工程と、
前記被嵌合部に前記嵌合部を嵌合する嵌合工程と、
前記被嵌合部と前記嵌合部を嵌合した状態で、外的加熱装置により前記被嵌合部又は前記嵌合部に加圧力を加えながら前記被嵌合部の被嵌合面を溶融させ、前記被嵌合部と前記嵌合部とを溶着する溶着工程と、
を含むことを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
前記準備工程後であって前記嵌合工程前において、前記嵌合部の嵌合面に粗面化処理を行う粗面化処理工程を含むことを特徴とする請求項１の接合体の製造方法
【請求項３】
前記外的加熱装置は、前記被嵌合部又は前記嵌合部に加圧力を加えるための加圧装置と、前記嵌合部を発熱させるための高周波誘導装置と、を備え、
前記溶着工程は、前記嵌合部の発熱により前記被嵌合面を溶融することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合体の製造方法。
【請求項４】
前記外的加熱装置は、前記被嵌合部又は前記嵌合部に加圧力を加えながら振動を伝達し、前記被嵌合面に摩擦熱を発生させる摩擦熱溶着装置であり、
前記溶着工程は、前記摩擦熱により前記被嵌合面を溶融することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とする接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合体の製造方法及びその製造方法により製造された接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリング装置は、左右方向に開口する筒状の外装部品を備え、この外装部品内に転舵軸を収容している。このような外装部品に関し、剛性を確保するため若しくは内蔵部品を保護するため、従来から金属製のハウジングが利用されている。
一方、近年では軽量化を図るため、外装部品の一部を樹脂材料で形成すること、言い換えると、樹脂部品を利用することが検討されている。例えば下記特許文献では、インサート成形により金属部品が一体化（接合）された樹脂パイプが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４５１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、インサート成形によると、金型の抜く方向を確保する必要がある。よって、成型品（樹脂部品と金属部品とを接合した接合体）の形状が大きく制限され、設計の自由度が低いという問題がある。また、インサート成形用の金型を製作する必要があり、製造コストが増加していた。このような事情から、樹脂部品と金属部品とを接合した接合体の製造方法において、設計の自由度が高く、かつ、安価に製造できることが望まれている。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、設計の自由度が高く、かつ、安価に接合体を製造できる接合体の製造方法及びその製造方法により製造された接合体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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る接合体の製造方法は、樹脂部品と金属部品との接合体を製造する接合体の製造方法であり、被嵌合部を有する熱可塑性樹脂製の前記樹脂部品、及び前記被嵌合部に嵌合可能な嵌合部を有する前記金属部品を準備する準備工程と、前記被嵌合部に前記嵌合部を嵌合する嵌合工程と、前記被嵌合部と前記嵌合部を嵌合した状態で、外的加熱装置により前記被嵌合部又は前記嵌合部に加圧力を加えながら前記被嵌合部の被嵌合面を溶融させ、前記被嵌合部と前記嵌合部とを溶着する溶着工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金型の抜く方向を考慮する必要がないため、設計の自由度が高い。また、インサート成型用の金型が不要となり、接合体を安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】外装部品を備えた操舵装置を説明するための概略部である。
【図２】第１実施形態における製造方法を説明するためのフロー図である。
【図３】第１実施形態の溶着工程を示す概略図である。
【図４】第２実施形態の溶着工程を示す概略図である。
【図５】第１変形例の溶着工程を示す概略図である。
【図６】第２変形例の溶着工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に接合体である外装部品９を備えた操舵装置１を説明し、その後に本発明の実施形態の製造方法を説明する。
【００１０】
（操舵装置）
図１に示すように、操舵装置１は、運転者が操作するステアリングホイール２と、ステアリングホイール２と一体で回転するステアリング軸３と、ステアリング軸３の下端に連結されたトーションバー４と、トーションバー４の下端に連結され下端にピニオン５ａを有するピニオン軸５と、ピニオン５ａに歯合するラック６ａを有するラック軸（転舵軸）６と、ラック軸６の両端に固定されたラックエンド７，７に連結するラックエンドスタッド８，８と、ラック軸６を収容する外装部品９と、を備える。
また、ラックエンドスタッド８、８には操舵輪（不図示）が連結され、運転手がステアリングホイール２を回転させると、ラック軸６が左方又は右方へ移動し、操舵輪を操舵することができる。
【００１１】
外装部品９は、樹脂部品と金属部品とを接合した接合体であり、円筒状の樹脂パイプであるラックカバー１０と、ラックカバー１０の両端に接合された金属製の左右のハウジング２０，２０と、を備える。なお、左右のハウジング２０，２０のうち左側のハウジング２０は、ラックカバー１０の端部を保護するための部品であり、右側のハウジング２０は、ピニオン５ａとラック６ａとの歯合部分を収容し保護するための部品である。以下、外装部品９の製造方法について説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図２に示すように、外装部品（接合体）９の製造方法は、準備工程と、嵌合工程と、溶着工程と、を含んでいる。
【００１３】
（準備工程）
準備工程は、被嵌合部１１を有するラックカバー１０と、被嵌合部１１に嵌合可能な嵌合部２１を有する左右のハウジング２０，２０と、を準備する工程である。
【００１４】
本実施形態におけるラックカバー１０は、溶融した樹脂を金型内に射出して円筒状に成形する射出成型により製造している。また、ラックカバー１０の製造に使用される樹脂は、所定温度で溶融可能な熱可塑性樹脂である。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ），ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹脂が挙げられるが、本発明において特に限定されない。
若しくは、強度向上の観点から、前記する熱可塑性樹脂内に繊維を含んだ繊維強化樹脂シートを金型でプレスしてラックカバー１０を製造してもよい。
【００１５】
ラックカバー１０の製造後は、ラックカバー１０に被嵌合部１１を形成する。被嵌合部１１の形成方法は特に限定されない。例えば、ラックカバー１０の製造時に被嵌合部１１を形成したり、ラックカバー１０の外周面に段付き加工して被嵌合部１１を形成したりしてもよい。本実施形態においては、製造時のラックカバー１０の両端部がそのまま被嵌合部１１を構成しており、特別な加工をしていない。
また、被嵌合部１１の形成後、嵌合工程で被嵌合部１１を嵌合部２１に挿入し易くするため、被嵌合部１１の端部を面取り処理することが好ましい。
【００１６】
左右のハウジング２０，２０の製造方法は、例えば、鋳造、鍛造、切削又はプレスなどが挙げられる。また、左右のハウジング２０，２０の製造段階において嵌合部２１を形成してもよく、左右のハウジング２０，２０の製造後に切削することで形成してもよい。
嵌合部２１は、円筒状に形成されているとともに、内径がラックカバー１０の被嵌合部１１の外径よりも僅かに小径に形成され、締め代が確保されている。
【００１７】
被嵌合部１１を有するラックカバー１０と、嵌合部２１を有する左右のハウジング２０，２０を準備した後、これらを洗浄して乾燥させる洗浄・乾燥工程とを行うことが好ましい。当該工程によれば、被嵌合部１１及び嵌合部２１に付着する異物等が除去され、後の溶着工程において被嵌合部１１と嵌合部２１との溶着強度を高めることができる。
【００１８】
（嵌合工程）
嵌合工程は、ラックカバー１０の被嵌合部１１をハウジング２０の嵌合部２１内に圧入し、被嵌合部１１を嵌合部２１に嵌合させる工程である。本工程においては、ラックカバー１０を固定するための治具や、ハウジング２０を押し込むための治具を用いたりしてもよく、圧入する方法は特に限定されない。
【００１９】
（溶着工程）
溶着工程は、被嵌合部１１と嵌合部２１を嵌合した状態で、外的加熱装置によりハウジング２０の嵌合部２１に加圧力を加えながらラックカバー１０の被嵌合部１１の外周面（被嵌合面）を溶融させ、被嵌合部１１と嵌合部２１とを溶着する工程である。
なお、ラックカバー１０と左のハウジング２０の溶着方法と、ラックカバー１０と右のハウジング２０の溶着方法とは同じである。よって、以下の説明において、ラックカバー１０と左のハウジング２０の溶着方法を説明し、ラックカバー１０と右のハウジング２０の溶着方法の説明を省略する。
【００２０】
外的加熱装置は、溶融させる部位（被嵌合部１１の外周面）に接触することなく溶融させることができる装置である。第１実施形態では、外的加熱装置として超音波溶着機を用いている。
超音波溶着機は、被嵌合部１１と嵌合部２１との接触面で摩擦熱を発生させて樹脂を溶融させる摩擦熱溶着装置の一つであり、具体的には電気エネルギを機械的振動エネルギに変換し、ホーン３０を介して機械的振動を部品に伝達して部品同士の接触面で摩擦熱を発生させる装置である。そのほか、超音波溶着機は、上記振動機能の他に、ホーン３０に当接する部品を加圧する加圧機能を有している。
【００２１】
超音波溶着機を用いた第１実施形態の溶着工程は、図３に示すように、最初にラックカバー１０を固定用治具４０に取り付け、ラックカバー１０の固定を行う。なお、固定用治具４０は、固定台４１に立設された支柱部４２と、支柱部４２の上方で上下方向からラックカバー１０を挟持する一対の挟持部４３，４３とを備える。
【００２２】
次に、ハウジング２０の嵌合部２１の外周面に超音波溶着機のホーン３０を当接させる。なお、本実施形態においては、嵌合部２１の外周面のうち上側に位置する上部２１ａに当接している。
次に、超音波溶着機を起動させる。これにより、ホーン３０は、嵌合部２１の上部２１ａを下方に押圧する加圧力（図３の矢印参照）を発揮するとともに、ホーン３０が嵌合部２１の上部２１ａに対し垂直方向（上下方向）に振動する。
この結果、ホーン３０の振動が嵌合部２１に伝達し、嵌合部２１の内周側の上面２１ｂと、これに対向する被嵌合部１１の外周側の上面１１ａとの界面で摩擦熱が発生する。そして、摩擦熱が所定温度を超えると、被嵌合部１１の上面１１ａが溶融する。
被嵌合部１１の上面１１ａが溶融した後は、ホーン３０を当てる位置を周方向に移動させる。これにより、溶融した樹脂が凝固し、嵌合部２１の上面２１ｂと被嵌合部１１の上面１１ａとが溶着する。
【００２３】
このように、嵌合部２１の外周面に対し、ホーン３０を当てる位置を周方向に移動させて被嵌合部１１と嵌合部２１との全周を溶着する。そして、被嵌合部１１と嵌合部２１との全周が溶着したら、外装部品９（接合体）が完成する。
【００２４】
以上、上記した第１実施形態の製造方法によれば、金型の抜く方向を考慮する必要がない。よって、接合体の設計に対する制限が低減し、設計の自由度が高くなる。また、インサート成型用の金型が不要となり、接合体を安価とすることができる。
【００２５】
なお、第１実施形態において、超音波溶着機のホーン３０を嵌合部２１の外周面に当接させ嵌合部２１を径方向内側に押圧するように用いているが、本発明は、ホーン３０を被嵌合部１１内に配置し、被嵌合部１１の内周面に当接させて被嵌合部１１を径方向外側に押圧するように用いてもよい。ただし、被嵌合部１１の内周面を押圧するように用いる場合には、嵌合部２１が移動しないように固定用治具４０等により固定する必要がある。
【００２６】
また、第１実施形態では、摩擦熱溶着装置として、嵌合部２１の外周面に対し垂直方向に振動する超音波溶着装置を用いた例を挙げたが、嵌合部２１の外周面に対し面方向に振動して摩擦熱を発生させる超音波溶着装置であってもよい。また、振動させて摩擦熱を発生させることができれば、超音波（超音波溶着装置）でなくてもよい。
また、本発明の外的加熱装置は、摩擦熱溶着装置（超音波溶着装置）に限定されない。以下、他の外的加熱装置を用いた例を説明する。
【００２７】
（第２実施形態）
第２実施形態の外装部品９の製造方法は、準備工程と、嵌合工程と、溶着工程と、を含んでいる。なお、第２実施形態の準備工程と嵌合工程は、第１実施形態の準備工程と嵌合工程と同じであるため、説明を省略する。
【００２８】
（溶着工程）
第２実施形態の溶着工程において、外的加熱装置は、被嵌合部１１又は嵌合部２１に加圧力を加えるための加圧装置５０と、嵌合部２１を発熱させるための高周波誘導装置とを備えている。
図４に示すように、高周波誘導装置は、環状のコイル部６０内を備え、コイル部６０内に金属部品である嵌合部２１を配置し、電磁誘導により嵌合部２１に渦電流を発生させて嵌合部２１を発熱させる装置である。
【００２９】
加圧装置５０は、嵌合部２１の外周面の一部を径方向内側に押圧し、嵌合部２１の内周面の一部を被嵌合部１１の外周面の一部に圧接させるための装置である。
本実施形態の加圧装置５０は、回転軸５１を有する図示しない電動モータと、回転軸５１に連結するＬ字状のＬ字アーム５２と、Ｌ字アーム５２に回転自在に取り付けられた加圧ローラ５３と、を備える。
また、回転軸５１の回転軸Ｏ１から加圧ローラ５３の内側面までの距離Ｌ１は、嵌合部２１の外径よりも小さく設定されている。よって、回転軸５１をラックカバー１０と同軸上に配置し、加圧ローラ５３を嵌合部２１の外周面に当接させるように配置すると、Ｌ字アーム５２の弾性変形力により加圧ローラ５３が嵌合部２１の外周面を径方向内側に押圧する。なお、回転軸５１の回転により加圧ローラ５３が押圧する部位を変えることができる。
【００３０】
高周波誘導装置及び加圧装置５０を用いた第２実施形態の溶着工程は、図４に示すように、最初にラックカバー１０を固定用治具４０に取り付け、ラックカバー１０の固定を行う。
次に、加圧装置５０の電動モータの回転軸５１をラックカバー１０と同軸上に配置するとともに、Ｌ字アーム５２を撓ませながら加圧ローラ５３をハウジング２０の嵌合部２１の外周面に当接させる。なお、本実施形態においては、加圧ローラ５３は、嵌合部２１の外周面のうち上側に位置する上部２１ａに当接し、上部２１ａを径方向内側（下側）に押圧している（図４の矢印参照）。
次に、高周波誘導装置のコイル部６０内に嵌合部２１を配置して起動させる。これにより、嵌合部２１は電磁誘導により発熱する。なお、発熱する部位は、嵌合部２１の一部でなく全周である。
これによれば、発熱する嵌合部２１を押し付けられた被嵌合部１１の上面１１ａが溶融する。次に、回転軸５１を回転させて加圧ローラ５３が押圧する部位を変更すると、溶融した被嵌合部１１の上面１１ａの樹脂が凝固し、嵌合部２１の内周側の上面２１ｂと被嵌合部１１の上面１１ａとが溶着する。
【００３１】
そして、嵌合部２１の外周面に対して加圧ローラ５３が当接する位置を周方向に移動させ、被嵌合部１１と嵌合部２１との全周を溶着し、被嵌合部１１と嵌合部２１との全周が溶着したら外装部品９（接合体）が完成する。
【００３２】
なお、本発明において、高周波誘導装置により加熱されるハウジング２０の金属材料は、電磁誘導により加熱できれば特に限定されない。
ここで、強度の向上及び電磁誘導による加熱時間の短縮化の観点から、ハウジング２０を形成する材料として、機械構造用炭素鋼材（ＪＩＳ  Ｇ４０５１：２０１６年で規定されるＳ１０ＣやＳ３５Ｃなど）、自動車構造用熱間圧延鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ  Ｇ３１１３：２００６年で規定されるＳＡＰＨなど）、熱間圧延軟鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ  Ｇ３１３１：２０１０年で規定されるＳＰＨＣなど）、冷間圧延鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ  Ｇ３１４１：２０１７年で規定されるＳＰＣＣなど）が好ましい。
または、強度の向上の観点からは、アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条（ＪＩＳ  Ｈ４０００：２０１４年で規定される３０００系又は５０００系など）、アルミニウム合金ダイカスト（ＪＩＳ  Ｈ５３０２：２００６年で規定されるＡＤＣ１２など）であってもよい。
【００３３】
また、本発明に用いられる加圧装置は、第２実施形態で使用した加圧装置５０に限定されない。例えば、加圧ローラが被嵌合部１１の内部に配置され、被嵌合部１１の内周面の一部を押圧するような加圧装置であってもよい。つぎに、ラックカバー１０と左右のハウジング２０，２０との固着強度をさらに高めることができる製造方法について説明する。
【００３４】
（第３実施形態）
第３実施形態における外装部品９の製造方法は、準備工程と、粗面化処理工程と、嵌合工程と、溶着工程と、を含んでいる。
なお、第３実施形態の準備工程と嵌合工程と溶着工程は、第１実施形態の準備工程と嵌合工程と溶着工程と同じであるため、説明を省略する。
【００３５】
（粗面化処理工程）
粗面化処理工程は、金属部品側の嵌合面に微細な凹凸に形成する工程である。当該工程によれば、溶着工程で溶融した樹脂が微細な凹凸内に入り込んで固着強度が向上する。
嵌合面に微細な凹凸に形成する方法としては、ハウジング２０の嵌合部２１の内周面（嵌合面）にエッチング処理又はレーザー加工を行う方法が挙げられる。このエッチング処理又はレーザー加工によれば、嵌合部２１の内周面が削られ（微細な凹部が形成され）、内周面全体が微細な凹凸となる。
【００３６】
なお、上記方法により内周面に凹部を形成すると、溶着工程で凹部内から空気が抜け出し難く、溶融した樹脂が凹部に流入しない又は流入する量が少なくなるおそれ（エア噛みのおそれ）がある。
よって、第３実施形態の溶着工程において、摩擦熱溶着装置（超音波溶着装置、振動溶着装置）を用いて溶着することが好ましい。この摩擦熱溶着装置によれば、嵌合部２１が振動して凹部内から空気が抜け出し易くなり、エア噛みのおそれを低減できる。
【００３７】
以上、第３実施形態について説明したが、溶着工程は高周波誘導装置を用いた溶着であってもよい。
また、本発明において、粗面化処理は、エッチング処理又はレーザー加工などの嵌合面に凹部を形成するネガティブ型の処理に限定されない。例えば、嵌合部２１の嵌合面に微細な物を固定することで凸部を設け、嵌合面を微細な凹凸にするポジティブ型の処理であってもよい。このような処理によれば、凹部内の空気が逃げ易くなり固着強度を確実に向上させることができる。
【００３８】
以上、第１実施形態から第３実施形態について説明したが、本発明は、金属部品（ハウジング２０）が樹脂部品（ラックカバー１０）に外嵌された接合体（外装部品９）の製造に限定されず、金属部品が樹脂部品に内嵌された接合体の製造にも用いることができる。
以下、金属部品が樹脂部品に内嵌される場合の接合方法を説明する。
【００３９】
図５に示すように、ラックカバー１０Ａの端部には、内周面を段付き加工して成る被嵌合部１１Ａが形成されている。一方、ハウジング２０Ａには、外周面を段付き加工して被嵌合部１１Ａよりも小径状の嵌合部２１Ａが形成されている。
このような構成において、嵌合工程は、ラックカバー１０Ａの被嵌合部１１Ａに、ハウジング２０Ａの嵌合部２１Ａを内嵌する。そして、図５に示すように、溶着工程において、ラックカバー１０Ａの被嵌合部１１Ａの外周面に超音波溶着機のホーン３０を当接する。これによれば、ホーン３０の振動が被嵌合部１１Ａに伝達し、被嵌合部１１Ａの内周面１１ｃとこれに対向する嵌合部２１Ａの外周面２１ｃとの界面で摩擦熱が発生する。そして、被嵌合部１１Ａの内周面１１ｃが溶融し、被嵌合部１１Ａと嵌合部２１Ａが溶着するようになり、被嵌合部１１Ａと嵌合部２１Ａとが接合する。
【００４０】
若しくは、図６に示すように、高周波誘導装置及び加圧装置５０を用いて被嵌合部１１Ａと嵌合部２１Ａとを接合してもよい。具体的には、溶着工程において、加圧装置５０の加圧ローラ５３をラックカバー１０Ａの被嵌合部１１Ａの外周面に当接させて、被嵌合部１１Ａを径方向内側に押圧する（図６の矢印参照）。次に、高周波誘導装置のコイル部６０内に嵌合部２１Ａを配置して起動し、嵌合部２１Ａを電磁誘導により発熱させる。これによれば、発熱する嵌合部２１Ａを押し付けられた被嵌合部１１Ａの内周面１１ｃが溶融し、被嵌合部１１Ａと嵌合部２１Ａが溶着し、被嵌合部１１Ａと嵌合部２１Ａとが接合する。
【符号の説明】
【００４１】
１      操舵装置
２      ステアリングホイール
３      ステアリング軸
４      トーションバー
５      ピニオン軸
５ａ    ピニオン
６      ラック軸
６ａ    ラック
８      ラックエンドスタッド
９      外装部品
１０，１０Ａ    ラックカバー
１１，１１Ａ  被嵌合部
２０，２０Ａ    ハウジング
２１，２１Ａ    嵌合部
３０    ホーン
４０    固定用治具
５０    加圧装置
５１    回転軸
６０    コイル部
【図１】
2019188653.tif 000003
【図２】
2019188653.tif 000004
【図３】
2019188653.tif 000005
【図４】
2019188653.tif 000006
【図５】
2019188653.tif 000007
【図６】
2019188653.tif 000008