(57)【要約】【課題】  熱可塑性部材を塑性変形させることによって二つの部材を分離不能に連結するに際し、連結部を表面に露出させない連結方法を提供すること。【解決手段】  レーザー光を吸収して可塑化する凸部２ｃを有する第１部材２と、レーザー光に対して透過性があり凸部２ｃに対応する凹部３ｃを有する第２部材３とを対向させる。凸部２ｃを凹部３ｃに嵌め込むとともに、第２部材越しに凸部２ｃに向けてレーザー光Ｌを照射し、さらに凹部３ｃの底面３ｅで凸部２ｃを押圧する。可塑化した凸部２ｃが側方に膨出することにより頭部２ｄが形成される。頭部２ｄを受け入れて包み込むように係合する係合用空間が予め凹部３ｃに設けられている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの部材を連結する方法であって、第１部材は熱光線吸収性と熱可塑性を持つ凸部を有する一方、第２部材は熱光線透過性を持つとともに前記凸部に対応する間口形状で連結面に開口する凹部を有しており、第１部材と第２部材を近接させて前記凸部を前記凹部に嵌め込み、第２部材越しに熱光線を前記凸部に向けて照射し、前記凹部の内面で前記凸部を押圧することを特徴とする連結方法。
【請求項２】
前記凹部には、前記凹部の底面で押圧された前記凸部が側方へ膨出するのを受け入れる係合用空間が形成されていることを特徴とする請求項１記載の連結方法。
【請求項３】
第２部材によって、外部から照射された熱光線が前記凸部に到達する光路が形成されることを特徴とする請求項１または２記載の連結方法。
【請求項４】
第２部材の前記凹部と熱光線照射部以外の表面を反射材で被覆しておき、その熱光線照射部に熱光線を照射することを特徴とする請求項１または２記載の連結方法。
【請求項５】
熱光線吸収性と熱可塑性を持つ凸部を有する第１部材と、熱光線透過性を持つとともに前記凸部に対応する凹部を有する第２部材が、互いの凹凸部を嵌合させてなる連結体であって、
前記凸部は第１部材の基部から立ち上がる頸部の先端に該頸部より幅広の頭部を有し、前記凹部には前記頸部に対応する間口形状の開口部と前記頭部を包み込む係合部が設けられていることを特徴とする連結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の部材を塑性変形させることによって、二つの部材を分離不能に連結する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂の特性を利用して二つの部材を連結する方法が知られている。たとえば、特許文献１には、一方の連結部材の熱可塑性樹脂からなる凸部を連結相手部材の貫通穴に嵌め込み、その貫通穴から突出した凸部に熱光線を照射して加熱軟化させるとともに成形型を押付けて成形する（かしめ加工する）ことによって二つの部材を機械的に連結する技術が開示されている。さらに、特許文献２〜４にも、熱可塑性樹脂に工具等を押し付けて塑性変形させることによって二つの部材を連結する技術が開示されている。
【０００３】
また、二つの樹脂部材を溶着する技術が特許文献５、６に開示されている。これらは、レーザー光に対して透過性のある樹脂部材とレーザー光に対して吸収性のある樹脂部材を重ね合わせたうえで、透過性のある樹脂部材側からレーザー光を照射することによって樹脂面同士を溶着させる。
【特許文献１】特開平６−７１７５９号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９０５６号公報
【特許文献３】特開２００３−１１２３２号公報
【特許文献４】特公昭６２−３００９０号公報
【特許文献５】特開２００３−２５１６９９号公報
【特許文献６】特開２００３−３２０５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜４に開示された技術では、連結部において熱可塑性樹脂が連結相手部材を貫通した部分に工具等を押付けることによって、貫通した熱可塑性樹脂を物理的に変形させる。従って、この技術では熱可塑性樹脂の変形部（頭部またはかしめ部）が表面に露出するのが避けられないし、連結部表面を平坦に仕上げることも難しい。
他方、特許文献５と６に開示された溶着技術によれば、溶着部が露出することがなく、連結部表面を平坦に仕上げることが可能である。しかしながら、連結する二つの部材は、互いに溶着しあう材質に限定されてしまうので適用範囲が狭いという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性部材を塑性変形させることによって二つの部材を分離不能に連結するに際し、連結部を表面に露出させない連結方法と連結体を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、熱光線吸収性と熱可塑性を持つ凸部を有する第１部材と、熱光線透過性を持つとともに前記凸部に対応する間口形状で連結面に開口する凹部を有している第２部材を連結する方法に関する。この連結方法では、第１部材と第２部材を近接させて凸部を凹部に嵌め込み、第２部材越しに熱光線を凸部に向けて照射し、凹部の内面で凸部を押圧する。ここで言う熱光線とは熱エネルギーをもっている光をいう。例えばレーザー光、赤外線等である。
【０００７】
この連結方法によると、第１部材の凸部が熱光線を吸収することで局部的に発熱する。その際、熱光線透過性のある第２部材越しに、すなわち第２部材を透過させて熱光線を照射するために、第２部材に貫通孔を設ける必要がない。従って、凸部が第２部材の表面に露出することが防がれる。凸部が局部的に加熱した状態で、凹部の内面で凸部が押圧される。これにより、凸部は塑性変形して凹部内面との接触面積を増すので凹部から外れ難くなる。
凹部の内面で凸部を押圧するには、第１部材と第２部材間に予め設けておいた隙間が狭くなるように接近させればよい。したがって、凸部に押し当てる成形型が不要で加工設備が簡素になる。この押圧力は、塑性を有する凸部を変形させるためのものであるから低加圧荷重で済み、残留応力を小さくすることができる。
凹凸部は、互いに溶着する材質であってもよいし、溶着しない異種材質であっても構わない。
【０００８】
凹部には、凹部の底面で押圧された凸部が側方へ膨出するのを受け入れる係合用空間が形成されていることが好ましい。
【０００９】
凹部に係合用空間が形成されていると、凸部は係合用空間に侵入するように塑性変形する。その後、常温に戻った凸部は、係合用空間に侵入した頭部によって第２部材と係合する。これにより、第１部材と第２部材を機械的に分離不能に接合することができる。すなわち、連結する両部材を溶着させなくても強固に連結することができ、例えば無機ガラスと樹脂といった異種材料を高い信頼性で連結することが可能になる。
【００１０】
第２部材によって、外部から照射された熱光線が凸部に到達する光路が形成されるようにすることもできる。
【００１１】
この方式を採用すると、外部から第２部材に照射された熱光線が、第２部材内で反射屈折を繰り返して第１部材の凸部に達することになる。熱光線源と凸部を直線で結ぶ同軸上の位置関係に設定しなくてもよいので、設計の自由度が増し、適用範囲が広くなる。
この方式を採用すると、複数の凸部が分散配置されていたり、あるいは凸部が帯状に形成されている場合に、熱光線を１箇所に照射するだけで、全凸部に熱光線を照射することが可能となる。さらに、凸部を同時期に可塑化させることができるために、可塑化タイミングが場所によって異なることから生じる仕上がり品の歪みを解消できる。
凹部を略球状の空洞部を有する形状とし、湾曲する凹面によって熱光線を屈折させて第１部材の凸部に収束させる構成にするのが好適である。この場合、湾曲する凹面にて熱光線を屈折させて凸部に収束させることによって、より効果的に加熱することができる。
【００１２】
第２部材の凹部と熱光線照射部以外の表面を反射材で被覆しておき、その熱光線照射部に熱光線を照射することで、凸部に熱光線を照射することも可能である。
【００１３】
この方式によると、光路が反射材で覆われているので、光路内を進行する熱光線が外部へ漏れることが防がれ、凸部に対する加熱効率が高められる。
【００１４】
この発明は、従来にない連結体を実現した。この連結体は、熱光線吸収性と熱可塑性を持つ凸部を有する第１部材と、熱光線透過性を持つとともに前記凸部に対応する凹部を有する第２部材が、互いの凹凸部を嵌合させてなる連結体であり、凸部は第１部材の基部から立ち上がる頸部の先端にその頸部より幅広の頭部を有している。凹部には凸部の頸部に対応する間口形状の開口部と凸部の頭部を包み込む係合部が設けられている。
【００１５】
この発明に係わる連結体は、凹部の係合部が凸部の頭部を包み込むようにしているので分離不能であり、かつ、連結部の露出が防がれる。無機ガラスと樹脂といった互いに溶着できない異種材料の連結体を容易に形成できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱可塑性部材を塑性変形させることによって二つの部材を分離不能に連結するに際し、連結部を表面に露出させないので、表面を平坦な状態に仕上げることができ、外観品質を保つのが容易になるという効果がある。なお、この効果は、二つの部材が互いに溶着する・しないに関わらず得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  凹部には、凸部に対応する間口形状で連結面に開口する開口部と、凹部内で凸部が押圧されて側方へ膨出するのを許容する空間が形成されており、凹部の背面側は閉じている。
（形態２）  凸部は、凹部の底面で押圧されることで先端部が塑性変形し、変形しない基端部（頸部）より幅広の頭部を形成する。
（形態３）  凸部の頭部が凹部の係合部によって包み込まれた状態となって第１部材と第２部材が分離不能に連結している。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）  図１および図２に示す製品１は容器のようなものであり、本体である第１部材２と、蓋である第２部材３とが連結された連結体となっている。連結前の要部形状が図３（イ）に示されている。同図に示すように、第１部材２の基部２ａから立ち上がる周壁部２ｂの上端に横断面矩形で帯状の凸部（突条）２ｃがリング状に形成されている。他方、第２部材３の基部３ａは平坦な上面を有しており、基部３ａの下面側に形成された周壁部３ｂの下端部には下面（連結面）に開口し凸部２ｃを挿入可能な凹部３ｃが設けられている。この凹部３ｃは凸部２ｃに対応する間口の開口部３ｄを有しており、開口部３ｄから奥は間口寸法より幅広（凸部２ｃより大径）に形成されており、底面３ｅによって背面側が閉じられている。すなわち、図３（ロ）に示すように、凹部３ｃに凸部２ｃが挿入されたときに、凸部２ｃの基端部によって開口部３ｄがちょうど塞がれ、かつ、凸部２ｃの先端部の周りには所定の空間３ｆが存在するようになっている。この空間３ｆを形成する部位、すなわち開口縁部３ｇと底面３ｅと凹部３ｃの内周部が本発明でいう係合部を構成する。
凹部３ｃの深さは、凸部２ｃの長さより若干浅く設定されている。凸部２ｃの先端が底面３ｅに当接したときに、周壁部２ｂと周壁部３ｂは未だ当接しておらず所定寸法の隙間Ｃが確保される。
【００１９】
第１部材２は熱可塑性樹脂に適宜な着色材（カーボッブラックなど）を添加したもので形成され、レーザー光等の熱光線を表面で吸収して発熱する。これに対し第２部材３はレーザー光を十分透過する材質であり、たとえば第１部材２と溶着可能な透明な樹脂で形成されている。レーザー光は、８００〜１１００ｎｍの近赤外波長とする。
【００２０】
次に、上記構成の第１部材２と第２部材３とを連結する方法について説明する。まず、第１部材２と第２部材３を押圧装置（図示省略）にセットして凸部２ｃと凹部３ｃを対向させる（図３（イ））。次に、第１部材２と第２部材３を接近させ、凸部２ｃを凹部３ｃに嵌め込む。凸部２ｃの先端が底面３ｅに当接したときに、周壁部２ｂと周壁部３ｂは未だ当接しておらず所定寸法の隙間Ｃができている（図３（ロ））。この状態で、レーザー装置を用いて第２部材３の上方から凸部２ｃに向けてレーザー光Ｌを照射するとともに、第２部材３に対して第１部材２を押圧力Ｐで押しつける。これにより、凸部２ｃはレーザー光Ｌを吸収して発熱し可塑化する。このとき、底面３ｅが凸部２ｃの頂部を押圧しており、可塑化した凸部２ｃはアンコ状に押しつぶされて側方に膨出して空間３ｆに進入する（図３（ハ））。即ち、開口縁部３ｇに挟まれた凸部２ｃの基端部（頸部）は変形せず、先端部が塑性変形して頸部より幅広の頭部２ｄを形成する。その後、レーザー光Ｌの照射を止め、溶着部が硬化するまで隙間Ｃの無い状態を保持する。
【００２１】
上記連結方法では、凸部２ｃの先端部に頭部２ｄができることにより接触面積が増し、溶着し易くなる。この頭部２ｄは凹部内面に覆われているので露出が防がれるとともに、係合部にていわば包み込まれた状態になっているので全方向の移動が拘束される。したがって、図４に示すように、凸部２ｃの頭部２ｄが凹部３ｃの底面３ｅに溶着しなかった場合でも、この頭部２ｄが開口縁部３ｇと係合して凸部２ｃが脱落することを防ぐことができる。この明細書でいう連結とは、２部材が分離不能に維持されることをいい、図４に示すように、所定範囲内では相対移動する態様を包含する。
製品１の第１部材２と第２部材３は、連結部（連結要素）を表面に露出させること無く機械的に連結されており分離不能となっている。
【００２２】
なお、凹部３ｃは、図５に例示するような適宜形状の凹部１１、凹部１２、凹部１３等に変更し得る。全体として傾斜する凹部１３等を利用しても、第１部材２と第２部材３を係合させて機械的に連結することができる。凹部の奥側に係合用空間を設けておく必要は必ずしもない。凹部には微小な凹凸を付加しておくこともできる。
また凸部２ｃは、レーザー光を吸収する材料で表面がコーティングされていてもよい。
【００２３】
（実施例２）  次に、連結方法の別例について説明する。図６および図７に示すように、第２部材１３の凹部１３ｃは略球状に形成され、湾曲する凹面１３ｄによってレーザー光を屈折させて凹部内で収束させるようになっている。この第２部材１３は、レーザー光の光路を形成するものであり、照射されたレーザー光Ｌが、光路１４内で反射を繰り返して凹部１３ｃに到達するようになっている。第２部材１３には、レーザー光の透過率が高い材料（９０％以上のもの）を用いる。その他の構成は、実施例１と同様である。
【００２４】
なお、第２部材１３の光路を反射部材で覆ってレーザー光の漏洩を防ぐのが好ましい。図８に示す別例の第２部材１５は、第２部材１３の入射部１４ａと凹部１３ｃを除く表面を反射材１６で覆ったものである。反射材１６にはアルミニウム蒸着膜を用いることができる。
【００２５】
上記の例では、第２部材１３の上面側に設けた入射部１４ａから照射されたレーザー光が、第２部材１３内で反射を繰り返して凹部１３ｃに伝わり、さらに湾曲する凹面１３ｄで屈折することによって凸部１２ｃ上で収束する。これにより、凸部１２ｃがより効果的に加熱されて可塑化する。この構成によれば、レーザー光源と凸部を直線で結ぶ同軸上の位置関係に設定しなくてもよいので、設計の自由度が増す。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
たとえば、突条と凹部に変えて、複数の棒状突起とこれに対応する凹部を分散配置することにしてもよい。この場合、突起の先端をリベットの頭状に塑性変形させる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例１の連結品を示す平面図である。
【図２】連結品の正面断面図である。
【図３】実施例１の連結品の連結方法を説明する要部断面図である。
【図４】実施例１の連結品の連結機構を説明する要部断面図である。
【図５】凹部形状の別例を説明する断面図である。
【図６】実施例２の連結方法を説明する断面図である。
【図７】図６の要部拡大図である。
【図８】第２部材の別例を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１・・連結品
２・・第１部材
２ｃ・凸部
３・・第２部材
３ｃ・凹部
３ｅ・底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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