(57)【要約】【課題】溶着状態の確認を正確かつ即時に行う振動溶着確認方法を提供する。【解決手段】間隙１２で対向するインナパネル１とアウタパネル２とを、インナパネル１からアウタパネル２に至る延伸突起部５の先端の接合面１５を介して互いに圧接させた状態で振動溶着の確認を行う際に、一定ピッチ幅のパルス波形から成る第１と第２の両超音波３１、３２を用い、振動中のインナパネル１の内部経由で接合面１５に照射した第１の超音波３１と、間隙１２経由でアウタパネル２の間隙対向面１６に照射した第２の超音波３２とのそれぞれの反射波形ピッチ幅の変化により溶着の合否を判断する。この際、合否判断に用いるピッチ幅の変化は、第１の超音波の場合に、連続して増大するピッチ幅に設定し、一方、第２の超音波の場合に、第１の超音波の増大に続いて所定範囲Ａへ収束するピッチ幅に設定することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を保って対向する一対の成形体を、該両成形体の一方から他方に至る延伸部先端の接合面を介して互いに圧接させた状態で、前記両成形体の一方を振動して他方と溶着させる振動溶着の確認を行う方法において、一定ピッチ幅のパルス波形から成る第１と第２の両超音波を用い、振動中の前記一方の成形体内部経由で前記接合面に照射した第１の超音波と、前記間隙経由で前記他方の成形体の間隙対向面に照射した第２の超音波とのそれぞれの反射波形ピッチ幅の変化により溶着の合否を判断することを特徴とする振動溶着確認方法。
【請求項２】
前記合否判断に用いるピッチ幅の変化は、第１の超音波での連続して増大するピッチ幅と、該増大に続く第２の超音波での所定範囲へ収束するピッチ幅とであることを特徴とする請求項１に記載の振動溶着確認方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動溶着を行う際の成形体間の溶着を確認する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
振動溶着法により接合一体化を行う成形体間の強度を確保するには、溶着深さが１〜２ｍｍとなるのが好ましいとされる。これは、この範囲を超えた溶着深さとしても、溶着バリが発生して強度向上の弊害を招くためである。
【０００３】
従来の振動溶着法は、この深さに留めて振動溶着を行うため、試行錯誤により最適時間を求め、あるいは、両成形体間が所定間隔に接近した時点で振動溶着の作動期間を終了させている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２６４２５５号公報（第３頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば、インストルメントパネルのような自動車部品の寸法規模に対して、上記の溶着深さの最適範囲は格段に小さく、溶着深さと両成形体の間隔変位との相関の信頼性を低下させる要因が介在し易い。即ち、両成形体間の接合面が理想通りの一対の平坦面から成ることはむしろ稀であり、実際には、接合面内の凹凸や傾斜により、両成形体間の相対位置や溶着位置が設定時と異なることがある。このため、両成形体の間隔変位は、振動溶着の進行を正確に反映していないことが危惧され、溶着の確認手段として問題がある。
【０００６】
そして、このような危惧を内在したままで、流動的な生産ラインを組む場合、振動溶着後の工程で両成形体間の溶着不良品が発見されても、その時点に至るまでの間に、同一の不具合による大量の不良品が山積される事態もあり得る。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、溶着状態の確認を正確かつ即時に行い得る振動溶着確認方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、間隙を保って対向する一対の成形体を、これら両成形体の一方から他方に至る延伸部先端の接合面を介して互いに圧接させた状態で、両成形体の一方を振動して他方と溶着させて行う振動溶着の確認の際に、一定ピッチのパルス波形から成る第１と第２の両超音波を用い、振動中の前記一方の成形体内部経由で前記接合面に照射した第１の超音波と、前記間隙経由で前記他方の成形体の間隙対向面に照射した第２の超音波とのそれぞれの反射波形ピッチの変化により溶着の合否を判断する。
【０００９】
これによれば、成形体の振動により振動溶着が開始されると接合面が溶融するため、接合面近傍では、上記の第１の超音波の媒質が固相から液相に変化し、その伝播速度が遅くなる。そして、この溶融部分を通過した後の固体状態部分で反射した後、第１の超音波は再び液相を経て固相を通過する。このため、超音波の反射波形のピッチ幅は二度の液相部分の通過に対応して加算的に変化することになる。また、溶着進行に伴い生じる溶着深さに相当するだけ、両成形体の間隙は縮小するため、この間隙間を往復する第２の超音波の反射波形ピッチ幅も変化することになる。
【００１０】
いずれの反射波形ピッチ幅も、溶着進行に伴って変化することが予想でき、一方の変化が想定外の要因（例えば、上記した接合面内の凹凸による成形体の傾斜）により生じても、他方の変化により追確認できるため、溶着状態の確認が正確なものとなる。なお、第１及び第２のパルス波形のピッチは、一定であれば両超音波間で同一でも異種のものでも良い。
【００１１】
この場合、前記合否判断に用いるピッチ幅の具体的な変化は、第１の超音波の場合に、連続して増大するピッチ幅とする。第１の超音波が通過する溶融状態の液相部分が徐々に拡大することにより、反射波形のピッチ幅は連続的に増大傾向になると予想できるためである。
【００１２】
そして、第２の超音波の反射波形ピッチ幅の変化は、第１の超音波での増大傾向発現に続く、ピッチ幅の所定範囲への収束とする。反射波形ピッチ幅の変化は、溶着面近傍での相変化（固相から液相）による第１の超音波のものが先行し、これが充分に進展して溶着深さの形で発現するまでに時間を要するため、この溶着深さに対応する第２の超音波の反射波形ピッチ幅の変化は遅行して発現することが予想される。このため、第１及び第２の超音波間のタイミングの相違をも判断要素に含むことができるのである。
【００１３】
なお、溶着進行の際に溶着深さが増大して、両成形体間が接近し、これが反射波ピッチ幅を逆に短縮させる要因となるが、上記のように第１及び第２の超音波間で変化検知のタイミングを相違させているため、このことによる過誤判断は回避できる。
【００１４】
そして、第１及び第２の超音波を別々に用いることにより、第１の超音波の反射波形ピッチ幅観測で溶着進行が所期通りであるか否かを確実に把握でき、しかも、第２の超音波の反射波形ピッチ観測で溶着終了の適否を振動溶着工程中に即時に判断できる。即ち、溶着部分の完全固化を待つ必要があった従来例と異なり、生産ライン中での不良品累積を早期に防止できることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の方法を用いて、別体構成のインナパネル１とアウタパネル２とをインストルメントパネル３として一体化接合する際の振動溶着装置４の略断面図を示す。図１中、ダクト構成部材たるインナパネル１とアウタパネル２とは、インナパネル２の延伸突起部５が、アウタパネル２に達して当接するように、支持体６から分岐した支柱６ａにより支持されている。なお、支持体６の他の支柱６ｂ〜６ｄにおいても、それぞれ先端でインナパネル１を支持し、振動溶着時にインナパネル１とアウタパネル２との対向位置が離間しないようにするものである。
【００１６】
そして、支柱６ａの先端に振動子７が設置される。この振動子７は、延伸突起部５の基部８と面接触した状態で、インナパネル１を一体的に横振動させるもので、その振動数は１００〜３００Ｈｚに設定される。また、後述するように振動子７は超音波センサを内在し、これにより検知された波形をオシロスコープなどの波形測定装置９で出力できるような構成としている。
【００１７】
図２は、振動子７の断面拡大図であり、インナパネル１の外方側面に設置した振動子７が、設置面の反対側で延伸突起部５の裾部分５ａより広範囲でインナパネル１に面接触する。そして、振動子７内には、延伸突起部５の裾部分５ａに対応した表面１０と、裾部分５から外れてインナパネル１とアウタパネル２との間隙１２に対応した表面１１とのそれぞれに超音波センサ１３、１４をそれぞれ設け、各センサ１３、１４でそれぞれ検知した超音波波形を測定装置９において選択的に出力できるように構成する。また、センサ１３、１４は周波数５〜２０ＭＨｚに固定されたパルス波形の超音波発信機も兼ねており、センサ１３は、インナパネル１とアウタパネル２との接合面１５に対してインナパネル１内部経由で第１超音波を照射すると共に、この接合面１５からの反射波を測定し、一方、センサ１４は、アウタパネル２の間隙対向面１６に対して間隙１２経由で第２超音波を照射し、この間隙対向面１６よりの反射波を測定する。この際の、各超音波のパルス波形のピッチは、一定であれば両超音波間で同一でも異種のものでも良い。
【００１８】
ところで、測定装置９により経時的に測定される各反射波形は、振動溶着の進行に伴って変化が生じるが、それらの変化は、図３で各超音波の入反射を対比すると理解し易い。即ち、溶着接合面１５に対しては第１超音波３１が、間隙対向面１６に対しては第２超音波３２が、それぞれ平行して入反射する場合、振動溶着以前では、溶着接合面１５及び間隙対向面１６が同一の固定反射面であり、間隙１２間の距離も同一であるため、両超音波の入射波形及び反射波形のピッチ幅は同質で一定である。
【００１９】
ところが、振動溶着が開始されると、接合面１５が溶融しはじめ、その近傍で第１超音波３１の媒質が固相から液相に変化し、固相通過時に比べ液相部分で伝播速度が遅くなる。本発明で用いる振動溶着の際には、入射された第１超音波３１は、固相たる延伸突起部５を通過した後、液相たる溶融部分３３付近で反射され、反射波がこれと逆の経路で超音波センサ１３に到達する。このように第１超音波３１は、伝播速度が低下する溶融状態の液相部分を通過することになり、振動溶着の進行に伴い、反射波波形のピッチ幅が、図４に示すように経時的に増大傾向となる。図４（ａ）〜（ｃ）でそれぞれ示す波形ピッチは、振動溶着前（Ｔａ）、振動溶着開始直後（Ｔｂ）及び振動溶着進展（Ｔｃ）の各時点での測定に対応する。
【００２０】
一方、溶着の進行により接合面１５で溶着深さが得られると、間隙１２が縮小して第２超音波３２の反射波形にも変化が現れるが、第１超音波３１の変化として検知される接合面１５の溶着に比べ時間差がある。即ち、溶着接合面１５での相変化が生じれば直ちに第１超音波３１に変化が現れるが、相変化の所期段階（振動溶着開始直後）ではマクロ的な溶着深さとしての発現には至らないのが通常である。そして、間隙１２が縮小すれば、図３の超音波３２の反射波形ピッチ幅の短縮として変化するため、これを検知することができる。換言すれば溶着終了のタイミングを間隔変位量に相関させて決定することが可能となる。
【００２１】
そこで、本実施の形態において、振動溶着の確認を第１乃至第３の各工程により行うこととした。
【００２２】
即ち、図５（ａ）に示すように、第１工程において、静止状態のインナパネル１の内部を伝播させてセンサ１３から接合面１５に照射した第１超音波３１の反射波形ピッチを測定装置９にて測定すると共に、間隙１２を伝播させてアウタパネル２の間隙対向面１６に照射した第２超音波３２の反射波形ピッチを測定装置９により測定する。
【００２３】
本第１工程は、振動溶着開始前に行うものであるため、両超音波３１、３２のそれぞれの反射波形ピッチ幅は一定のはずである。逆に、この状態で、各ピッチ幅が変動するようであれば、インナパネル１とアウタパネル２との間の圧接に不備があることが推測される。このように反射波形ピッチの変調を以って振動溶着の前段階での不具合の有無の判断材料とすることができ、振動溶着の設定状態の確認をも行えることになる。
【００２４】
次に、第２工程において、振動子７による振動開始後に、測定装置９により第１超音波３１の反射波形ピッチを測定し、上記した第１工程に比べピッチ幅が増大傾向となることを確認する。上記したように振動溶着の進行に伴って溶融部分を通過する第１超音波３１は、伝播速度に遅延が生じ、波形ピッチが遅行するため、ピッチ幅が増大する。即ち、第２工程で第１超音波３１の反射波形ピッチが増大傾向になることを検知できれば、接合面１５での溶着が所期通りに行われていることの判断材料となる（図５（ｂ）参照）。
【００２５】
さらに、第２工程において反射波形ピッチの増大傾向を判別した後に、続く第３工程において、振動溶着を続行した状態で、測定装置９により第２超音波３２の反射波形ピッチを測定する。そして、第１工程に比べピッチ幅が所定範囲まで縮小することを確認する。即ち、第２工程での溶着確認の判断が正しければ、これに続いて溶着深さが得られ、これに伴って間隙１２が減少するはずである。このため、間隙１２の変位に対応する第２超音波３２のピッチ幅変位を検知することにより、溶着部分の固化を待たずに、振動溶着確認をより正確に行うことができる。
【００２６】
そして、この場合、第２超音波３２の反射波形のピッチ幅は、間隙１２の距離と相関して減少するので、所期間隔到達時に対応する収束範囲をあらかじめ参照値として把握しておけば、振動溶着の終了時にこのピッチ幅のぶれＡがこれに対応して収まること、即ち、ピッチ幅自体が所定範囲に収束して安定することにより振動溶着の合否判定ができる。（図５（ｃ）参照）
【００２７】
なお、本実施の形態においては、自動車部品用に接合一体化させるインストルメントパネルを振動溶着対象としたが、本発明はこれに限定されることなく、熱可塑性樹脂を用いた振動溶着成形であれば、適用可能である。そして、このような熱可塑性樹脂として、ＡＢＳ樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びそれらのガラス繊維入り樹脂等を例示することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、第１及び第２の超音波をそれぞれ用いた工程を経由することにより、第１超音波の反射波形のピッチ幅増大により溶着進行が行われていることを判断でき、また、第２超音波の反射波形のピッチ幅収束を証左として第１超音波による溶着進行判断の適否を正しく確認できる。しかも、この確認を、工程中に即時的に行えるので、溶着部分の完全固化を待つ必要がないという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動溶着装置の略断面図
【図２】図１の拡大図
【図３】第１及び第２超音波の入反射の対比図
【図４】第１超音波の反射波形ピッチの変化を示すグラフ図
【図５】振動溶着確認工程図
【符号の説明】
１          インナパネル
２          アウタパネル
３          インストルメントパネル
４          振動溶着装置
５          延伸突起部
７          振動子
９          オシロスコープ
１２        間隙
１３  １４  超音波センサ
１５        接合溶着面
１６        間隙対向面
３１        第１の超音波
３２        第２の超音波
【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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