(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂材料からなる接合部材を被接合部材に容易に接合できる方法及び装置を提供する。【解決手段】接合方法は、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材２を被接合部材３に当接させた状態で、厚肉部２ａを加熱溶融させて、溶融された熱可塑性樹脂２ｂを被接合部材３の一方の面から貫通孔３ａに流入させた後、冷却して抜止部２ｃを形成する。接合装置１は、接合部材２を被接合部材３に当接させたて厚肉部２ａを加熱して溶融させる加熱手段６と、溶融された熱可塑性樹脂２ｂを押圧して貫通孔３ａに流入させる押圧手段４と、貫通孔３ａに流入された熱可塑性樹脂２ｂを凹部５２に収容して固化させ抜止部２ｃを形成する抜止部形成手段６とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材に設けられた貫通孔に、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材の一部を該被接合部材の一方の面から挿入し、該被接合部材の他方の面に該貫通孔の開口部より大きい底部を有する抜止部を形成することにより、該接合部材を該被接合部材に接合する方法において、
該熱可塑性樹脂材料を該被接合部材に当接させた状態で、該熱可塑性樹脂材料に設けられた厚肉部を加熱溶融させて、溶融された熱可塑性樹脂を該被接合部材の一方の表面から該貫通孔に流入させた後、冷却して該被接合部材の他方の面に該抜止部を形成することを特徴とする樹脂材料の接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の樹脂材料の接合方法において、前記厚肉部は前記樹脂材料の前記貫通孔に当接される部分の反対側の面に形成されていることを特徴とする樹脂材料の接合方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の樹脂材料の接合方法において、前記貫通孔は、固化した熱可塑性樹脂が該被接合部材の一部に圧接されて固定される形状を備えることを特徴とする樹脂材料の接合方法。
【請求項４】
請求項３記載の樹脂材料の接合方法において、前記貫通孔は、平面視したときにランドルト環形状を備えることを特徴とする樹脂材料の接合方法。
【請求項５】
請求項３記載の樹脂材料の接合方法において、前記貫通孔は、前記被接合部材に複数設けられていることを特徴とする樹脂材料の接合方法。
【請求項６】
被接合部材に設けられた貫通孔に、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材の一部を該被接合部材の一方の面から挿入し、該被接合部材の他方の面に該貫通孔の開口部より大きい底部を有する抜止部を形成することにより、該接合部材を該被接合部材に接合する装置において、
該熱可塑性樹脂材料を該被接合部材に当接させた状態で、該熱可塑性樹脂材料に設けられた厚肉部を加熱して溶融させる加熱手段と、
溶融された熱可塑性樹脂を押圧して該被接合部材の一方の表面から該貫通孔に流入させる押圧手段と、
該被接合部材の他方の面に設けられ、該貫通孔に流入された溶融された熱可塑性樹脂を該抜止部の外形形状に沿う形状の凹部に収容して固化させることにより該抜止部を形成する抜止部形成手段とを備えることを特徴とする樹脂材料の接合装置。
【請求項７】
請求項６記載の樹脂材料の接合装置において、前記抜止部形成手段は前記凹部に収容された前記樹脂材料の固化を促進する冷却手段を有することを特徴とする樹脂材料の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂材料の接合方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱可塑性樹脂材料に設けられたボスを、金属材料等の被接合部材に設けられた貫通孔に挿通し、該貫通孔の出口側でかしめて抜止部を形成することにより、該熱可塑性樹脂材料を該被接合部材に接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
前記従来の方法では、前記かしめは、前記貫通孔の出口側に突出した熱可塑性樹脂材料のボスの先端に超音波ホーンを当接させ超音波で該ボスの一部を溶融させることにより行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２４３６２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、前記従来の方法では、予め被接合部材の貫通孔の形状に一致するように前記ボスを形成しておかなければならない上、該貫通孔と該ボスとがそれぞれ複数ある場合にはそれぞれの該貫通孔と該ボスとを正確に位置合わせしなければならないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、被接合部材の貫通孔の形状に一致するボスを形成したり、該貫通孔と該ボスとの位置合わせを行ったりすることなく、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材を被接合部材に容易に接合することができる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】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明の接合方法は、被接合部材に設けられた貫通孔に、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材の一部を該被接合部材の一方の面から挿入し、該被接合部材の他方の面に該貫通孔の開口部より大きい底部を有する抜止部を形成することにより、該接合部材を該被接合部材に接合する方法において、該熱可塑性樹脂材料を該被接合部材に当接させた状態で、該熱可塑性樹脂材料に設けられた厚肉部を加熱溶融させて、溶融された熱可塑性樹脂を該被接合部材の一方の面から該貫通孔に流入させた後、冷却して該被接合部材の他方の面に該抜止部を形成することを特徴とする。
【０００８】
本発明の接合方法では、まず、熱可塑性樹脂材料を被接合部材に当接させ、該熱可塑性樹脂材料に設けられた厚肉部を加熱溶融させる。前記熱可塑性樹脂材料は、溶融されると流動性が得られるので、次に、溶融された熱可塑性樹脂を被接合部材の一方の面から貫通孔に流入させる。
【０００９】
このようにすると、溶融された熱可塑性樹脂が貫通孔に充填されると共に、その一部は被接合部材の他方の面側に流出する。そこで、被接合部材の他方の面側で、前記溶融された熱可塑性樹脂を冷却することにより抜止部を形成する。前記抜止部は、前記貫通孔の開口部より大きい底部を有することにより、前記貫通孔に充填された前記樹脂材料を抜け止めすることができ、この結果、前記熱可塑性樹脂材料と前記被接合部材とを接合することができる。
【００１０】
本発明の接合方法によれば、上述のように、前記熱可塑性樹脂材料に設けられた厚肉部を加熱溶融し、溶融された前記熱可塑性樹脂を前記貫通孔に流入させる。従って、前記貫通孔の形状に一致するボスを形成したり、該貫通孔と該ボスとを正確に位置合わせする必要が無く、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材を被接合部材に容易に接合することができる。
【００１１】
本発明の接合方法において、前記厚肉部は、その形状や位置について特に限定されるものではないが、前記樹脂材料の貫通孔に当接される部分の反対側の面に形成されていることが好ましい。このようにすることにより、熱可塑性樹脂材料が被接合部材と当接される面の反対側から該熱可塑性樹脂材料を加熱することができ、前記厚肉部の加熱溶融を容易に行うことができる。
【００１２】
一般に、溶融された熱可塑性樹脂は、冷却され固化することにより収縮することが知られている。従って、本発明の接合方法では、前記熱可塑性樹脂が固化して収縮する結果、前記接合部材と前記抜止部とが前記被接合部材の表裏両面に圧接されることとなり、該接合部材が該被接合部材に固定される。
【００１３】
しかし、前記被接合部材に設けられた前記貫通孔内では、前記熱可塑性樹脂が固化して収縮すると、該貫通孔の周壁と固化した該熱可塑性樹脂の外周面との間に間隙が発生する。従って、前記接合部材と前記被接合部材とが接合されたときに、前記熱可塑性樹脂の前記貫通孔内で固化した部分は該貫通孔内で移動することができ、該接合部材と該被接合部材との間に振動が発生することがある。
【００１４】
そこで、本発明の接合方法において、前記貫通孔は、固化した熱可塑性樹脂が該貫通孔内の一部に圧接されて該被接合部材に固定される形状を備えることが好ましい。前記形状を備える前記貫通孔によれば、前記熱可塑性樹脂は該貫通孔内で固化することにより、該貫通孔内の一部に圧接され、前記被接合部材に固定される。従って、前記熱可塑性樹脂の前記貫通孔内で固化した部分が該貫通孔内で移動することがなく、前記接合部材と前記被接合部材との間に振動が発生することを防止して、確実に固定することができる。
【００１５】
前記貫通孔は、平面視したときにランドルト環形状を備えるものであってもよく、前記被接合部材に複数設けられているものであってもよい。
【００１６】
本発明の接合装置は、被接合部材に設けられた貫通孔に、熱可塑性樹脂材料からなる接合部材の一部を該被接合部材の一方の面から挿入し、該被接合部材の他方の面に該貫通孔の開口部より大きい底部を有する抜止部を形成することにより、該接合部材を該被接合部材に接合する装置において、該熱可塑性樹脂材料を該被接合部材に当接させた状態で、該熱可塑性樹脂材料に設けられた厚肉部を加熱して溶融させる加熱手段と、溶融された前記熱可塑性樹脂を押圧して該被接合部材の一方の表面から該貫通孔に流入させる押圧手段と、該被接合部材の他方の面に設けられ、該貫通孔に流入された溶融された熱可塑性樹脂を該抜止部の外形形状に沿う形状の凹部に収容して固化させることにより該抜止部を形成する抜止部形成手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の接合装置によれば、前記加熱手段により前記厚肉部を加熱溶融させたときに、前記押圧手段により溶融された前記熱可塑性樹脂を押圧することにより、溶融された前記熱可塑性樹脂を前記貫通孔に容易に流入させることができる。また、貫通孔に流入された前記熱可塑性樹脂を、前記抜止部形成手段の前記凹部に収容して固化させることにより前記抜止部を容易に形成することができる。
【００１８】
本発明の接合装置において、前記抜止部形成手段は、前記凹部に収容された溶融された熱可塑性樹脂を自然放冷により固化させるものであってもよいが、該凹部に収容された該熱可塑性樹脂の固化を促進する冷却手段を備えることが好ましい。本発明の接合装置は、前記冷却手段を備えることにより、前記熱可塑性樹脂材料からなる接合部材と被接合部材との接合に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の樹脂材料の接合装置の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】図１に示す装置による本発明の樹脂材料の接合方法の第１の工程を示す説明的断面図。
【図３】図１に示す装置による本発明の樹脂材料の接合方法の第２の工程を示す説明的断面図。
【図４】図１に示す装置による本発明の樹脂材料の接合方法の第３の工程を示す説明的断面図。
【図５】図１に示す装置による本発明の樹脂材料の接合方法の第４の工程を示す説明的断面図。
【図６】本発明の樹脂材料の接合方法において貫通孔内で冷却され固化された熱可塑性樹脂の状態の一形態を示す説明的断面図。
【図７】本発明の樹脂材料の接合方法において貫通孔内で冷却され固化された熱可塑性樹脂の状態の他の形態を示す説明的断面図。
【図８】本発明の樹脂材料の接合方法において貫通孔内で冷却され固化された熱可塑性樹脂の状態のさらに他の形態を示す説明的断面図。
【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の形態についてさらに詳しく説明する。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の樹脂材料の接合装置１は、熱可塑性樹脂からなる接合部材２を被接合部材３に接合する際に用いられる。
【００２２】
被接合部材３は、接合部材２と接着又は溶着することが困難な部材であって、例えば金属からなり、接合部材２を接合するための貫通孔３ａを備えている。一方、接合部材２は、被接合部材３の貫通孔３ａに当接される部分の反対側の面にボス状の厚肉部２ａを備えている。
【００２３】
接合装置１は、被接合部材３上に接合部材２を載置したときに、接合部材２の上方に配設される押圧手段４と、被接合部材３の下方に配設される抜止部形成手段５とを備える。
【００２４】
押圧手段４は、厚肉部２ａの外周側を囲むように接合部材２の表面に当接されるシリンダ４１と、シリンダ４１内部に摺動自在に配設されたピストン４２と、シリンダ４１の基端部に配設されてピストン４２を駆動するアクチュエータ４３とを備えて構成されている。アクチュエータ４３は、油圧、電動等、どのような形式であってもよい。
【００２５】
また、ピストン４２とアクチュエータ４３とはその内部に軸方向に沿って形成された空洞部４４を備えており、空洞部４４内に加熱手段としての熱風発生器６が配設されている。熱風発生器６としては、例えば株式会社ミスミ製の小型熱風発生器を用いることができる。熱風発生器６は図示しないエアー配管に接続されており、該エアー配管から供給される空気を加熱して、熱風としてピストン４２の先端面から噴出する。
【００２６】
また、抜止部形成手段５は、貫通孔３ａの外周側を囲むように被接合部材３の表面に当接される金型５１と、金型５１が被接合部材３に当接される面に形成された凹部５２とを備えている。金型５１は、凹部５２を冷却する冷却手段（図示せず）を備えていてもよい。前記冷却手段としては、例えば、金型５１内に配設されて、冷却水が導通される導管等を挙げることができる。
【００２７】
押圧手段４と抜止部形成手段５とは、図示しないロボットのアームに支持されている。このとき、押圧手段４を支持するアームと、抜止部形成手段５を支持するアームとは、同一のロボットに設けられていてもよく、それぞれ別のロボットに設けられていてもよい。
【００２８】
次に、本実施形態の樹脂材料の接合装置１による接合部材２と被接合部材３との接合方法について説明する。
【００２９】
本実施形態の接合方法では、まず第１の工程として、図２に示すように、被接合部材３上に接合部材２を載置し、接合部材２の表面にシリンダ４１を当接させる一方、被接合部材３の表面に金型５１を当接させる。このとき、シリンダ４１内には厚肉部２ａが収容され、熱風発生器６に対向されている。また、金型５１の凹部５２内には貫通孔３ａが開口している。
【００３０】
次に、第２の工程として、ピストン４２とアクチュエータ４３との内部に配設された熱風発生器６を駆動することにより、シリンダ４１内に収容されている厚肉部２ａに向けて熱風を噴出する。この結果、図３に示すように、厚肉部２ａとその下方に連なる熱可塑性樹脂材料２とが加熱溶融され、溶融状態の熱可塑性樹脂２ｂが形成される。
【００３１】
次に、第３の工程として、図４に示すように、アクチュエータ４３を駆動してピストン４２を下降させることにより、溶融状態の熱可塑性樹脂２ｂを押圧する。このようにすると、溶融状態の熱可塑性樹脂２ｂは流動性を備えているので、被接合部材３の貫通孔３ａに充填され、さらに貫通孔３ａを介して金型５１の凹部５２に流入する。
【００３２】
次に、第４の工程として、図５に示すように、凹部５２に充填された溶融状態の熱可塑性樹脂２ｂを冷却させることにより、凹部５２内に抜止部２ｃを形成する。抜止部２ｃは、貫通孔３ａ内に充填された部分を介して接合部材２と一体的に形成されている。また、金型５１は貫通孔３ａの外周側を囲むように被接合部材３の表面に当接され、貫通孔３ａは凹部５２内に開口しているので、抜止部２ｃは、貫通孔３ａの開口部より大きい底部を備えている。
【００３３】
最後に、接合部材２の表面に対するシリンダ４１の当接を解除すると共に、被接合部材３の表面に対する金型５１の当接を解除することにより、接合部材２と被接合部材３との接合体を得ることができる。
【００３４】
ところで、一般に、溶融された熱可塑性樹脂は、冷却され固化することにより収縮することが知られている。そこで、図６に示すように、貫通孔３ａが単に円筒形ある場合には、前記熱可塑性樹脂の冷却固化により形成された抜止部２ｃの接合部材２に接続される部分（図６〜８において２ｃで示す）が収縮し、該部分２ｃの外周面と貫通孔３ａの周壁との間に間隙が発生する。
【００３５】
前記間隙が発生すると、接合部材２と被接合部材３とが接合されたときに、部分２ｃが貫通孔３ａ内で移動することができ、接合部材２と被接合部材３との間に振動が発生することがある。そこで、本実施形態の接合方法では、貫通孔３ａは、前記熱可塑性樹脂の冷却固化により形成された部分２ｃが貫通孔３ａ内の一部に圧接されて、被接合部材３に固定される形状とされている。
【００３６】
この場合、貫通孔３ａは、例えば図７に示すように、平面視したときにランドルト環形状（Ｃ字形状）を備える貫通孔３ｂとすることができる。貫通孔３ｂは、内部に柱状部３ｃを備えると共に、柱状部３ｃはランドルト環形状の開口部に相当する橋絡部３ｄを介して被接合部材３に接続されている。
【００３７】
前記形状を備える貫通孔３ｂによれば、前記熱可塑性樹脂の冷却固化により形成された部分２ｃは、その円形断面の中心法に収縮することによりその内周面が柱状部３ｃの外周面に圧接されることとなり、柱状部３ｃに固定される。この結果、部分２ｃは貫通孔３ｂ内で移動することがなく、接合部材２と被接合部材３との間に振動が発生することを防止して、接合部材２と被接合部材３とを確実に固定することができる。
【００３８】
また、貫通孔３ａは、図８に示すように、被接合部材３に２個の貫通孔３ｅ，３ｅとして設けられていてもよい。貫通孔３ｅ，３ｅによれば、前記熱可塑性樹脂の冷却固化により形成された部分２ｃは、各貫通孔３ｅ，３ｅ内で、互いに近接する方向に収縮することにより、互いに対向する面が各貫通孔３ｅ，３ｅの周壁に圧接される。そして、部分２ｃは、被接合部材３において貫通孔３ｅ，３ｅに挟まれる部分に固定される。この結果、部分２ｃは各貫通孔３ｅ，３ｅ内で移動することがなく、接合部材２と被接合部材３との間に振動が発生することを防止して、接合部材２と被接合部材３とを確実に固定することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…接合装置、  ２…接合部材、  ２ａ…厚肉部、  ２ｂ…溶融された熱可塑性樹脂、  ２ｃ…抜止部、  ３…被接合部材、  ３ａ，３ｂ，３ｅ…貫通孔、  ４…押圧手段、  ５…抜止部形成手段、  ６…熱風発生器（加熱手段）。
【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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