(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂部材相互を超音波発振子を使用して超音波スポット溶接によって接合する際に使用される治具であって、一方の熱可塑性樹脂部材を載置支持する治具本体と、該治具本体における部材相互のスポット溶接位置に配置された弾性反射板とを有し、該弾性反射板は該超音波発振子の加圧力によって撓むことが出来、更に超音波を反射して該スポット溶接位置を加熱溶融することが出来る材料によって構成されていることを特徴とする超音波スポット溶接用治具。
【請求項２】
熱可塑性樹脂部材相互を超音波スポット溶接する方法であって、請求項１に記載の治具の治具本体上に一方の熱可塑性樹脂部材を載置して該部材の接合箇所を該弾性反射板上に位置せしめ、次いで他方の熱可塑性樹脂部材の接合箇所を該一方の部材の接合箇所に当接し、超音波発振子によって該弾性反射板上にて超音波スポット溶接を行うことを特徴とする超音波スポット溶接法。
【請求項３】
熱可塑性樹脂部材相互を超音波スポット溶接して得られるマスキング材の製造方法であって、請求項１に記載の治具の治具本体上に一方の熱可塑性樹脂部材を載置して該部材の接合箇所を該弾性反射板上に位置せしめ、次いで他方の熱可塑性樹脂部材の接合箇所を該一方の部材の接合箇所に当接し、超音波発振子によって該弾性反射板上にて超音波スポット溶接を行うことを特徴とするマスキング材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂シートの成形物相互を超音波スポット溶接する際に使用する治具、超音波スポット溶接法及び該超音波スポット溶接法によるマスキング材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の熱可塑性樹脂部材相互を接合する場合、超音波によるスポット溶接が用いられることがある。この超音波スポット溶接は、極めて短時間で該熱可塑性樹脂部材相互を接合することができるため、作業効率的観点から好ましい接合方法である。
従来、一対の熱可塑性樹脂部材相互を超音波スポット溶接によって接合するには、図７に示すように、金属板等の反射板７の上に一方の熱可塑性樹脂部材８を載置し、該一方の熱可塑性樹脂部材８の接合箇所に接合すべき他方の熱可塑性樹脂部材９の接合箇所を当接し、その上から超音波発振子４を当接・加圧し、該超音波発振子４から発振される超音波によって該一方の熱可塑性樹脂部材８と該他方の熱可塑性樹脂部材９の接合箇所相互を加熱溶融させ、接合していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような超音波スポット溶接では、熱可塑性樹脂部材８，９に超音波発振子４を加圧する力が強すぎると、溶融した他方の熱可塑性樹脂部材９の接合箇所、更には一方の熱可塑性樹脂部材８の接合箇所を該超音波発振子４が突き抜けて穴があいてしまうので、熟練した技術が要求されるという問題があった。
【０００４】
特に、自動車のバンパー等の塗装においてマスキングに用いられる熱可塑性樹脂からなるマスキング材の場合、目的の形状にするために真空成形によって深絞りを行うと該マスキング材の厚みが薄くなり過ぎ、強度が低下するため、複数の部材に分割して該部材同士を超音波スポット溶接によって接合することが行われているが、該超音波スポット溶接によってマスキング材に穴があいてしまうと、塗装時に該穴から塗料が侵入するため、マスキング材としての役割を果たさなくなってしまう。
従って、本発明の課題は、熟練した技術を要することなく容易に超音波スポット溶接することのできる治具及び超音波スポット溶接法、ならびに穴をあけることなく製造することのできるマスキング材を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、熱可塑性樹脂部材（２，３）相互を超音波発振子４を使用して超音波スポット溶接によって接合する際に使用される治具であって、一方の熱可塑性樹脂部材（２）を載置支持する治具本体10と、該治具本体10における部材相互のスポット溶接位置に配置された弾性反射板（14）とを有し、該弾性反射板は該超音波発振子（４）の加圧力によって撓むことが出来、更に超音波を反射して該スポット溶接位置を加熱溶融することが出来る材料によって構成されていることを特徴とする超音波スポット溶接用治具１を提供するものであり、更には熱可塑性樹脂部材（２，３）相互を超音波スポット溶接する方法であって、上記治具１の治具本体（10）上に一方の熱可塑性樹脂部材（２）を載置して該部材（２）の接合箇所23を該弾性反射板(14)上に位置せしめ、次いで他方の熱可塑性樹脂部材（３）の接合箇所（31）を該一方の部材（２）の接合箇所（23）に当接し、超音波発振子（４）によって該弾性反射板上（14）にて超音波スポット溶接を行うことを特徴とする超音波スポット溶接法を提供するものであり、更にまた熱可塑性樹脂部材（２，３）相互を超音波スポット溶接して得られるマスキング材（５）の製造方法であって、上記治具（１）の治具本体（10）上に一方の熱可塑性樹脂部材（２）を載置して該部材（２）の接合箇所（23）を該弾性反射板（14）上に位置せしめ、次いで他方の熱可塑性樹脂部材（３）の接合箇所(31)を該一方の部材（２）の接合箇所（23）に当接し、超音波発振子４によって該弾性反射板上（14）にて超音波スポット溶接を行うことを特徴とするマスキング材（５）の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【作用】
本発明の超音波スポット溶接用治具（１）の治具本体(10)上に、相互接合する熱可塑性樹脂部材（２，３）の一方（２）を載置支持する。この状態で該部材（２）の接合箇所（23）は該治具（１）の弾性反射板（14）上に位置する。このようにして治具（１）上に載置支持した一方の熱可塑性樹脂部材２の接合箇所(23)に、他方の熱可塑性樹脂部材（３）の接合箇所（31）を当接し、その上から超音波発振子（４）を当接・加圧して超音波を発振すると、該弾性反射板(14)は該超音波発振子（４）からの超音波を反射して該部材（３，２）の接合箇所(31,23）を加熱溶融し、かくして超音波スポット溶接が行われるが、該超音波発振子（４）の該部材（３，２）の接合箇所(31,23) に対する加圧力は、該弾性反射板（14）が撓むことによって分散緩和されるため、該加圧力が強すぎた場合であっても、該部材（３，２）の接合箇所（31，23）に穴があくことを防止することができる。
このような方法によれば、熱可塑性樹脂部材（２，３）相互を接合してマスキング材５とする場合であっても、該部材（２，３）の接合箇所（23，31）に穴をあけることなく、容易にマスキング材５を製造することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本具体例では、熱可塑性樹脂部材相互を超音波スポット溶接してマスキング材を得るものとする。図１及び図２に超音波スポット溶接する熱可塑性樹脂部材及び本発明の超音波スポット溶接用治具の一例を示す。
本具体例で超音波スポット溶接する一方の熱可塑性樹脂部材は、中央部に凸形状21、該凸形状21の周縁部にフランジ部22を形成した逆皿状の本体部材２であり、熱可塑性樹脂シートの真空成形によって製造されたものである。他方の熱可塑性樹脂部材は、長方形の熱可塑性樹脂シートをクランク状に折り曲げてなるフック部材３ａ，３ｂであり、それぞれ３個づつある。本具体例では、該フック部材３ａの接合箇所31ａは該本体部材２のフランジ部22における接合箇所23ａに、該フック部材３ｂの接合箇所31ｂは該本体部材２のフランジ部22における接合箇所23ｂに、該フック部材３ａ，３ｂがそれぞれ外側に差し出されるように、超音波スポット溶接によって接合される。
【０００８】
本発明における熱可塑性樹脂部材は、例えば例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、塩化ビニリデン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、熱可塑性ポリエステル等の熱可塑性プラスチックや、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミノビスマレイミド、メチルペンテンコポリマー（ＴＰＸ）、セルロースアセテート（ＣＡ）等の熱可塑タイプのエンジニアリングプラスチック、もしくはＰＰＯ−ハイインパクトポリスチレンポリマーアロイ、ＰＰＯ−ポリアミドポリマーアロイ、ＰＥ−ハイインパクトポリスチレンポリマーアロイ、ＰＥ−ポリアミドポリマーアロイ、ナイロン−変性ポリオレフィンポリマーアロイ、ナイロン−アクリロニトリル／スチレン／ブタジエン共重合体（ＡＢＳ）ポリマーアロイ、ナイロン−ＰＰＯポリマーアロイ、ＰＯＭ−熱可塑性ポリウレタンポリマーアロイ、ＰＢＴ−アクリルゴムポリマーアロイ、ＰＢＴ−ＡＢＳポリマーアロイ、ＰＢＴ−ポリエステルエーテルエラストマーポリマーアロイ、ＰＢＴ−ＰＥＴポリマーアロイ、ＰＢＴ−ＰＣポリマーアロイ、ＰＰＯ−ＰＴＦＥポリマーアロイ、ＰＢＴ−ＰＴＦＥポリマーアロイ、ＰＥＴ−ＰＴＦＥポリマーアロイ、ＰＥＴ−ＰＡＲポリマーアロイ、ＰＣ−ＰＴＦＥポリマーアロイ、ＰＡＲ−ＰＴＦＥポリマーアロイ、ナイロン−ＰＴＦＥポリマーアロイ等のポリマーアロイ、または上記プラスチックの二種以上の混合物等の熱可塑性樹脂を材料とする部材であり、上記例示に限定されず、超音波溶接され得るもの（一般的には硬質又は半硬質プラスチック）であればいかなるものであってもよい。特に効果的なのは、該熱可塑性樹脂のシートの真空成形物のように、厚さが薄く、一般的に超音波スポット溶接によって穴のあき易い熱可塑性樹脂成形物である。
【０００９】
なお、上記熱可塑性樹脂には、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、ケイ藻土、ドロマイト、石膏、タルク、クレー、アスベスト、マイカ、ガラス繊維、ケイ酸カルシウム、ベンナイト、ホワイトカーボン、カーボンブラック、鉄粉、アルミニウム粉、石粉、高炉スラグ、フライアッシュ、セメント、ジルコニア粉等の無機充填剤、木綿、竹、麻、羊毛等の天然繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ビスコース繊維、アセテート繊維、塩化ビニル繊維、塩化ビニリデン繊維等の有機合成繊維、アスベスト繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、金属繊維、ウィスカー等の無機繊維、リンター、リネン、サイザル、木粉、ヤシ粉、クルミ粉、でん粉、小麦粉等の有機充填材等の補強材を添加して形状保持性、寸法安定性、圧縮および引張強度等を向上させてもよいし、更に難燃剤、防炎剤、防虫剤、防腐剤、ワックス類、滑剤、老化防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、結晶化促進剤、化学発泡剤、カプセル型発泡剤等の発泡剤、染料、顔料等の着色剤、ＤＯＰ、ＤＢＰ等の可塑剤等の一種または二種以上を混合してもよい。
【００１０】
本具体例における超音波スポット溶接用治具１は、治具本体10と該治具本体10に撓み可能に配置されている弾性反射板14ａ，14ｂとからなり、該治具本体10は、基部11と上記本体部材２の凸形状21の裏側に適嵌する丘陵部12とを有する。該治具本体10の丘陵部12において、該本体部材２を載置支持した状態で該本体部材２の上記フック部材３ａ，３ｂとの接合箇所23ａ，23ｂに対応する部分には凹部13ａ，13ｂが設けられている。該凹部13ａ，13ｂの上端には、一端が該治具本体10の丘陵部12に埋設支持された弾性反射板14ａ，14ｂが、超音波発振子４の加圧力によって撓み可能に配置されている。該弾性反射板14ａ，14ｂの材質としては、超音波発振子４からの超音波を反射することができ、かつ超音波発振子４の加圧力によって弾性変形が可能なものであればいかなるものであってもよく、例えばバネ鋼板、ステンレススチール板、アルミニウム板、銅板等の金属板が使用される。
【００１１】
以上説明した超音波スポット溶接用治具１を用いて上記フック部材３ａを上記本体部材２に超音波スポット溶接するには、まず該超音波スポット溶接用治具１の治具本体10丘陵部12に該本体部材２の凸形状２１を嵌合することによって該治具１に該本体部材２を載置支持し、次いで該本体部材２の接合箇所23ａ上にフック部材３ａの接合箇所31ａを当接する。
そして図２に示されるように、該フック部材３ａの接合箇所31ａ上に超音波発振子４を当接・加圧し、該超音波発振子４から発振される超音波によって該フック部材３ａ及び本体部材２の接合箇所31ａ，23ａを加熱溶融させ、超音波スポット溶接する。該超音波スポット溶接に使用される超音波の周波数は、熱可塑性樹脂の溶接に通常使用される周波数の範囲、具体的には20〜40kc/sであるのが好ましい。
【００１２】
この超音波スポット溶接の際、該超音波発振子４の該フック部材３ａ及び本体部材２の接合箇所31ａ，23ａに対する加圧力は、図３に示されるように該弾性反射板14ａが撓むことによって分散緩和されるため、該加圧力が強すぎた場合であっても、該フック部材３ａ及び本体部材２の接合箇所31ａ，23ａに穴があくことを防止することができる。
【００１３】
以上の超音波スポット溶接によって、本体部材２とフック部材３ａ，３ａ，３ａ，３ｂ，３ｂ，３ｂとを接合して得られたマスキング材５は、例えば図４及び図５に示されるように、自動車のバンパー６を塗装する際に該バンパー６におけるフォグランプ窓61をマスキングするのに使用することができる。
図５において、マスキング材５の本体部材２フランジ部22はフォグランプ窓61の溝部62に嵌め込まれ、フック部材３ａ，３ｂは該フォグランプ窓61の裏側周壁63に係合している。このようにして該マスキング材５はフォグランプ窓61に固定され、その後該バンパー６に塗装が施されるが、このとき本発明によるマスキング材５には超音波スポット溶接による穴がないため、塗料がフォグランプ窓61に侵入することはない。塗装後、該マスキング材５はフォグランプ窓61から取り外される。
【００１４】
以上、図面を参照して本発明を説明したが、本発明の超音波スポット溶接用治具は図面に示した態様に限定されることはなく、本発明の範囲を逸脱しない限り種々の変更を施すことができる。例えば、上記超音波スポット溶接用治具１の治具本体10における基部11はなくてもよいし、凹部13ａ，13ａ，13ａ及び凹部13ｂ，13ｂ，13ｂはそれぞれ連続して一の凹部となっていてもよい。
【００１５】
そのような超音波スポット溶接用治具１ｃを図６に示す。本具体例における超音波スポット溶接用治具１ｃは、本体部材２の凸形状21の裏側に適嵌する治具本体10ｃと該治具本体10ｃに撓み可能に配置されている弾性反射板14ｃ，14ｄとからなる。該治具本体10ｃにおいて、該本体部材２を載置支持した状態で該本体部材２の上記フック部材３ａ，３ａ，３ａとの接合箇所23ａ，23ａ，23ａを結んだ部分に対応する部分には凹部13ｃが設けられており、同様に上記フック部材３ｂ，３ｂ，３ｂとの接合箇所23ｂ，23ｂ，23ｂを結んだ部分に対応する部分には凹部13ｄが設けられている。該凹部13ｃ，13ｄの上端において上記接合箇所23ａ，23ａ，23ａに対応する部分には、一端が該治具本体10ｃに埋設支持された弾性反射板14ｃが、上記接合箇所23ｂ，23ｂ，23ｂに対応する部分には、一端が該治具本体10ｃに埋設支持された弾性反射板14ｄが、それぞれ超音波発振子４の加圧力によって撓み可能に配置されている。
この超音波スポット溶接治具１ｃを用いた場合も、上記超音波スポット溶接治具１と同様に、フック部材３ａと本体部材２との接合箇所31ａ，23ａ及びフック部材３ｂと本体部材２との接合箇所31ｂ，23ｂに穴をあけることなく超音波スポット溶接することができる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、熱可塑性樹脂部材の穴あきを防止して、熟練を要することなく容易に超音波スポット溶接することができ、特に強度が高く穴のないマスキング材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一例による超音波スポット溶接用治具及び超音波スポット溶接する部材を示す斜視図である。
【図２】  図１における超音波スポット溶接用治具及び超音波スポット溶接する部材のＡ−Ａ断面図である。
【図３】  図２の超音波スポット溶接用治具及び超音波スポット溶接する部材において弾性反射板が撓んだ状態を示す断面図である。
【図４】  自動車のバンパーのフォグランプ窓及び本発明によるマスキング材を示す斜視図である。
【図５】  本発明によるマスキング材をバンパーのフォグランプ窓に固定した状態を示す断面図である。
【図６】  本発明の他の例による超音波スポット溶接用治具及び超音波スポット溶接する部材を示す斜視図である。
【図７】  従来の方法による超音波スポット溶接を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１ｃ…超音波スポット溶接用治具
10，10ｃ…治具本体
11…基部
12…丘陵部
13ａ，13ｂ，13ｃ，13ｄ…凹部
14，14ａ，14ｂ，14ｃ，14ｄ…弾性反射板
２…本体部材
21…凸形状
22…フランジ部
23，23ａ，23ｂ…本体部材の接合箇所
３，３ａ，３ｂ…フック部材
31，31ａ，31ｂ…フック部材の接合箇所
４…超音波発振子
５…マスキング材
６…バンパー
61…フォグランプ窓
62…溝部
63…裏側周壁
７…反射板
８…一方の熱可塑性樹脂部材
９…他方の熱可塑性樹脂部材
【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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