(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つが補強材を入れた熱可塑性のＰＰＳ樹脂部分を含む複数の部品を結合して電動弁とする部品の結合方法であって、上記ＰＰＳ樹脂部分に凸部を形成し、該凸部をＰＰＳ樹脂の熱変形温度を越え、溶融点未満で熱変形する温度に加熱し、加熱部を５０〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲で複数回に分けて加圧変形させて上記複数の部品を結合することを特徴とするプラスチックの熱カシメ方法。
【請求項２】
上記凸部を形成した部品以外の部品には、該凸部が貫通する孔を形成し、凸部を孔に貫通させてから加熱・加圧変形させることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの熱カシメ方法。
【請求項３】
上記凸部が該凸部を有する部品の一端に環状に形成され、他の部品がその一端を該環状の凸部内に嵌合してから加熱・加圧変形させることを特徴とする請求項１に記載のプラスチックの熱カシメ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の部品を結合する構造体の製造方法に関し、特に、複数の部品の少なくとも１つに熱可塑性プラスチックが使用されている場合の熱カシメ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラスチック部品と他の部品とを結合する方法としては、▲１▼機械的な結合（圧入、ネジ、スナップフィット、熱カシメ等）、▲２▼接着、▲３▼溶接又は溶着、といった方法等がある。
【０００３】
各結合方法には、それぞれ利点と欠点とがあり、実際に結合部分を設計する際には、上記の方法の中から、材料特性、部品点数、コスト、強度や耐久性などの性能、寸法形状（艤装を含む）、内部部品構成、等々を考慮し、設計的に望ましい方法を選択している。
【０００４】
熱カシメによる締結方法は、一度カシメて締結したら、カシメ部を破損しなければ取り外すことはできないので、交換を予定している部品類の締結には不向きである。しかし、構造が簡単でカシメ装置の値段も比較的に安い。また、カシメに要する時間が数秒程度と短時間である。また、カシメた後も、ガタツキがなく、しかも強度もある、といった多くの利点があることから、多方面に用いられている。
【０００５】
図５は従来の熱カシメ方法を説明する図である。同図において、部品１は熱可塑性プラスチックからなるもので、円柱状の凸部１ａを有する。部品２は部品１に締結されるもので、凸部１ａが嵌合するための孔２ａを有している。３はカシメチップで、加圧面３ａは円弧状に窪んでおり、内部は中空構造で、冷却用の空気を導入可能となっている。このカシメチップ３には、図示しないヒータが設けられていて、カシメチップ３を所望の温度まで上昇させることができる。
【０００６】
図５（ａ）に示すように、まず、部品１と部品２とを重ねて孔２ａに突起１ａを貫通させ、部品１のプラスチックの溶融点以上に加熱されたカシメチップ３を降下させる。
【０００７】
図５（ｂ）に示すように、降下したカシメチップ３は、部品１の突起１ａに接触してこれを瞬間的に溶融し、低圧加重で押しつけて突起１ａをカシメチップ３の加圧面３ａの形状に合わせて変形し、カシメ部４を成形する。
【０００８】
図５（ｃ）、成形が完了した後、カシメチップ３の中空内にエアー噴射等によって、冷気を吹き込んでカシメチップ３を急速に冷却し、（ｄ）に示すようにカシメチップ３をカシメ部４から離脱させ完了となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の熱カシメ方法では、カシメ部４の肉厚が大きく、溶融樹脂量が多くなると、熱伝導の問題で瞬間的な加熱が困難になって、カシメ部４の成形が不完全になってしまう。
【００１０】
そこで、溶融樹脂量が多い場合には、瞬間加熱によりカシメ部全体を溶融させるために、熱伝導を考慮してカシメチップ３の温度を樹脂の熱分解温度近くにせざるを得ない。
【００１１】
しかし、この方法では、カシメチップと接触した樹脂表面部は熱分解してしまうことになる。そして、熱分解した部分は炭化した状態になるので強度が著しく低下する。さらに、カシメ部を溶融点以上に加熱すると、カシメ部に溶融バリ５が発生し易い。
【００１２】
特に、高融点の耐熱プラスチック、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイト）樹脂では、溶融点と熱分解温度との差が比較的少なく、カシメの際に溶融した部分が熱分解し易く、所望の強度を保持することが困難であった。また、溶融による硫化ガスの発生の問題や、補強のために芯材として入れているガラス等の補強材が露出して外観不良となる問題もあった。
【００１３】
これに対し、カシメチップに超音波振動子を用い、超音波でプラスチックを加熱し、同時に加重を加えて溶着する方法が考えられるが、高融点のプラスチックでは、この方法ではカシメ部に十分な変形を与えられない傾向があり、ガタツキの発生、すなわち、軸方向の高い精度が得られない、という問題があった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の事情から考えられたもので、熱分解による強度低下を抑制でき、しかも、軸方向の精度を確保できるプラスチックの熱カシメ方法と、そのような熱カシメによって結合された構造体を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明のプラスチックの熱カシメ方法は、少なくとも１つが補強材を入れた熱可塑性のＰＰＳ樹脂部分を含む複数の部品を結合して電動弁とする部品の結合方法であって、上記ＰＰＳ樹脂部分に凸部を形成し、該凸部をＰＰＳ樹脂の熱変形温度を越え、溶融点未満で熱変形する温度に加熱し、加熱部を５０〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲で複数回に分けて加圧変形させて上記複数の部品を結合することを特徴としている。
【００１６】
また、上記凸部を形成した部品以外の部品には、該凸部が貫通する孔を形成し、凸部を孔に貫通させてから加熱・加圧変形させる構成としたり、上記凸部が該凸部を有する部品の一端に環状に形成され、他の部品がその一端を該環状の凸部内に嵌合してから加熱・加圧変形させる構成としてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面によって説明する。図１は、本発明の熱カシメに適した温度と荷重との関係を示す線図である。縦軸はカシメチップ３に加えられる荷重で、単位はｋｇ／ｃｍ２である。横軸はカシメチップ３の加圧面３ａの温度（℃）を示す。
【００２０】
温度Ｔ１℃は、加工対象となる熱可塑性プラスチックの熱変形温度で、温度Ｔ２℃は溶融点である。ここで、熱変形温度とは、熱可塑性プラスチック材料が、熱によって軟化変形を開始する温度をいう。また、溶融点より高いところに熱分解温度がある。溶融点と熱分解温度との関係は、溶融点は、文字通り溶融する温度であるが、化学変化はせず、元の形に戻ることができる温度である。これに対し、熱分解温度とは、熱可塑性プラスチックが、熱によって化学変化を起こして炭化状態になる温度となる。
【００２１】
図１において、点線で囲った範囲は、本発明の熱カシメの適正範囲を示す。この範囲は、温度の下限が熱変形温度Ｔ１より若干高く、上限が溶融点Ｔ２より若干低い温度で、総じてプラスチックが溶融せずに、熱変形をする温度範囲である。
【００２２】
本発明のプラスチックの熱カシメ方法は、カシメチップ３の温度をプラスチックが熱変形可能な温度範囲内にコントロールし、凸部１ａに熱伝達するとともに、所定の加圧を所定の時間加えることによって、凸部１ａを熱変形させてカシメ固定するものである。ＰＰＳ樹脂の場合、圧力は５０〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲で、加圧時間は、５〜３０ｓｅｃとしている。
【００２３】
本発明の熱カシメは、熱変形カシメであり、従来例に示した溶融熱カシメとは異なり、カシメ前後の形状変化量は大きくできない。しかし、温度が溶融点より低いので、プラスチックは溶融せず、バリの発生が顕著に減少する。また、溶融点より低いということは、当然に熱分解温度よりも低いことを意味し、カシメ部が熱分解することもないので、強度低下も起こらない。さらに、温度と加圧力と加圧時間とを適当に設定することで、凸部１ａを十分に変形させてカシメ部４にすることができるので、ガタツキをなくして、軸方向の精度を確保することができる。
【００２４】
図１の適正範囲から、カシメチップの温度が下限に近い場合は、荷重を上記範囲の上限近くまで大きくする必要があり、温度が上限に近づく場合も荷重をやや上げた方がよい。これは、温度が高くて荷重が低いとバリが発生しやすくなるので、ある程度荷重を上げてこれを防止するためである。
【００２５】
図１の適正範囲の外側のＩの領域は、温度が低いので、荷重を上げてもカシメ不能となる領域である。IIの領域では、若干のカシメは可能であるが、十分なカシメができず、カシメ部４にガタツキが残る。IIIの領域では、温度が低いのにかかわらず荷重を上げすぎた状態で、カシメ部４が変形できずに破損してしまう。IVの領域では、温度はほぼ適正であるが荷重が低すぎるためにバリが生じたり、カシメが不十分になって強度不足になる。Ｖの領域は、温度はほぼ適正ではあるが、荷重が大きすぎてカシメ部４の厚さが薄くなり、強度不足になる領域である。領域VIは、温度が高すぎて熱分解を起こして強度不足となったり、溶融バリが発生して外観不良が生じる領域である。
【００２６】
図２は、本発明のプラスチックの熱カシメ方法を適用してステップモータ１１にバルブユニット１２を結合して形成した電動弁１０と、熱カシメに使用するカシメチップ２５の断面を示す。また、図３は、図２のＡ部のカシメ前後の状態を示す拡大図である。
【００２７】
この電動弁１０では、図示しない電源から端子１８，１８を通して電気が供給されるとコイル１９に電流が通り、ロータ１６が回転すると、シャフト１７が軸ａの方向に進退するが、このとき、バルブ２０もシャフト１７と一緒に移動する。バルブ２０の左方には図示しない弁座があり、ステップモータ１１の回転によって、この弁座とバルブ２０との間隙が変化して、流量を制御することができることになる。
【００２８】
カシメチップ２５は、バルブカバー２１の外側を覆う大きさの円筒形で、先端に環状の加圧部２５ａが形成されている。加圧部２５ａは内部に中空部２５ｂがあり、管路２５ｃから必要に応じて冷却用空気が送り込まれる。
【００２９】
図３（ａ）から（ｄ）により、本発明のプラスチックの熱カシメ方法を説明する。ボディ１３のバルブカバーとの嵌合部には、環状の凸部１３ａが形成され、その内側の円筒面１３ｂにバルブカバー２１の端部の鍔部２１ａが挿入される。凸部１３ａは、外側にテーパが付いていて、その先端が細く（薄く）なっている。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、円筒面１３ｂにバルブカバー２１の鍔部２１ａを挿入すると、鍔部２１ａの先端面２１ｃが円筒面１３ｂの後端の段部１３ｃに当接して停止する。このとき、バルブカバー２１の面２１ｂに前側の軸受１４の外輪が嵌合する。そして、重要なことであるが、凸部１３ａは、鍔部２１ａの後端面２１ｄより先端側に突出した状態となる。
【００３１】
カシメチップ２５の先端の加圧部２５ａを図示しないヒータで図１の適正範囲内の温度に加熱し、カシメチップ２５を前進させて凸部１３ａに圧接させる。このときの圧力も、図１の適正範囲内に入る値とする。凸部１３ａはカシメチップ２５により熱変形温度を越える温度に加熱され、変形を始める。加圧部２５ａの先端面は「く」字状に曲がっているので、凸部１３ａは先端面に沿って変形しカシメ部１３ａ’となり、図３（ｂ）に示すように、バルブカバー２１の鍔部２１ａを先端側から押さえ、ガタツキ無く抱き込むように固定する。カシメチップ２５を凸部１３ａに圧接させる時間は、凸部の大きさ等により異なるが、大凡、５〜３０秒程度である。
【００３２】
この後、図３（ｃ）に示すように、管路２５ｃからカシメチップ２５の中空部２５ｂにエアー噴射等によって冷却用の空気を送り込み、加圧部２５ａを冷却し、図３（ｄ）に示すように、カシメチップ２５を後退させ、熱カシメを完了する。
【００３３】
図４は本発明の他の実施例で、図３の熱変形カシメを２段階に分けて行った例である。図４（ａ）は初期状態である。この状態から所定の温度に加熱したカシメチップ２５を図４（ｂ）に示すように圧接する。このとき凸部１３ａに変形を与えて中間状態１３ａ”まで変形させ、一旦カシメチップ２５を後退させる。そして、図４（ｃ）に示すように、再度、カシメチップ２５を圧接し、図４（ｄ）のようにカシメ部１３ａ’を形成する。各工程において、カシメチップ２５を後退させる前に、冷却用の空気を送り込んで冷却することは前の実施例と同じである。
【００３４】
この実施例では、１つの熱カシメサイクルを複数回に分けて行うので、凸部１３ａの肉厚が厚い場合でも、所望の形状にカシメることができ、ガタツキや軸方向の精度を確保することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、少なくとも１つが熱可塑性プラスチック部分を含む複数の部品の結合方法であって、上記熱可塑性プラスチック部分に凸部を形成し、該凸部を該熱可塑性プラスチックが熱変形する温度に加熱し、加熱部を加圧変形させて上記複数の部品を結合するので、カシメ部を十分変形させてガタツキなく結合できる。その際、カシメ部が熱分解することがないので、強度低下もない。また、カシメ部が溶融しないので、溶融バリが発生することもなく、ガスの発生や補強材の露出といったことも防止でき、外観不良の発生を防止できる。
【００３６】
上記加圧変形を、複数回に分けて行う構成とすれば、凸部が厚肉でも確実に変形したカシメ部とすることができ、ガタツキや軸方向の精度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱カシメに適した温度と荷重との関係を示す線図である。
【図２】本発明のプラスチックの熱カシメ方法を適用してステップモータにバルブユニットを結合した電動弁の断面図である。
【図３】図２のＡ部のカシメ前後の状態を示す拡大図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】従来の溶融熱カシメを説明する図である。
【符号の説明】
１ａ，１３ａ    凸部
３，２５        カシメチップ
Ｔ１    熱変形温度
Ｔ２    溶融点
【図１】
0004381511.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004381511.tif 000004
【図４】
0004381511.tif 000005
【図５】
0004381511.tif 000006