(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなる基材に複数の穴を開け、それらの穴にインサート部品を嵌入した後、上記基材全体をゴム状弾性域まで加熱軟化し、基材の周囲から加圧することにより、上記基材を上記インサート部品の外壁形状に追従させ、この状態で上記基材を冷却固化し、上記インサート部品を上記基材内に埋設固定することを特徴とする熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法。
【請求項２】
熱可塑性樹脂からなる少なくとも２つの基材に穴を開けてインサート部品を選択的に嵌入した後、上記基材を積層し、上記基材全体をゴム状弾性域まで加熱軟化し、基材の周囲から加圧することにより、上記基材の互いに接合する接合面を相互に溶着させ一体化すると共に、上記基材を上記インサート部品の外壁形状に追従させ、この状態で上記基材を冷却固化し、上記インサート部品を上記基材の中間層に埋設固定することを特徴とする熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法。
【請求項３】
上記基材は、金属部品が配列設置されるマニホールドを有することを特徴とする請求項２に記載の熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法。
【請求項４】
上記基材の中間層に埋設されたインサート部品の直上に、上記インサート部品の外径より小さな内径の穴を有することを特徴とする請求項３に記載の熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法。
【請求項５】
上記インサート部品は、外周壁に凹凸が形成されると共に、内周壁に雌ねじが形成され、上記基材上に上記金属部品をねじ結合するための金属ナットであることを特徴とする請求項３または４に記載の熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法。
【請求項６】
上記金属部品は、電磁弁であることを特徴とする請求項５に記載の熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性樹脂からなる基材に電磁弁等の金属部品を取り付けるために用いる金属ナットを埋め込む場合には、まず、基材に金属ナットの外周形状よりも小さな穴を開けた後、金属ナットを穴上に軸合わせして載置し、金属ナットに超音波発振装置のホーンを当接して超音波振動を作用させることによって、摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によって基材の穴の周囲を溶融可塑化し、この状態で、ホーンを下降させることによって、金属ナットを加圧し穴に圧入している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如き超音波振動による金属ナットの埋め込み方法では、金属ナットを、その直上に自身の外径より小径の穴を有するように基材の中間層に埋設することが困難であり、また、超音波発振装置のような設備機器を必要とするため、コストが掛かると共に、金属ナットを基材の穴に圧入する際、樹脂からなる基材の剛性が不足していることや、穴において、金属ナットとの接触部が摩擦熱により軟化し金属ナットが傾いて圧入され、穴が外気で急冷されることによって、穴に歪みが生じ、金属ナットが基材の表面に対して傾斜して埋設されてしまうという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インサート部品を基材の表面に対して傾くことなく、基材の中間層に容易かつ低コストで埋め込むことができる熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法を提供することにある。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係る熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法は、熱可塑性樹脂からなる基材に複数の穴を開け、それらの穴にインサート部品を嵌入した後、上記基材全体をゴム状弾性域まで加熱軟化し、基材の周囲から加圧することにより、上記基材を上記インサート部品の外壁形状に追従させ、この状態で上記基材を冷却固化し、上記インサート部品を上記基材内に埋設固定することを特徴としている。
【０００６】
また、熱可塑性樹脂からなる少なくとも２つの基材に穴を開けてインサート部品を選択的に嵌入した後、上記基材を積層し、上記基材全体をゴム状弾性域まで加熱軟化し、基材の周囲から加圧することにより、上記基材の互いに接合する接合面を相互に溶着させ一体化すると共に、上記基材を上記インサート部品の外壁形状に追従させ、この状態で上記基材を冷却固化し、上記インサート部品を上記基材の中間層に埋設固定することを特徴としている。
【０００７】
さらに、上記基材は、金属部品が配列設置されるマニホールドを有することを特徴としている。
また、上記基材の中間層に埋設されたインサート部品の直上に、上記インサート部品の外径より小さな内径の穴を有することを特徴としている。
さらに、上記インサート部品は、外周壁に凹凸が形成されると共に、内周壁に雌ねじが形成され、上記基材上に上記金属部品をねじ結合するための金属ナットであることを特徴としている。
また、上記金属部品は、電磁弁であることを特徴としている。
【０００８】
従って、本発明では、インサート部品が基材の穴に嵌入され、複数の基材を積層し、ゴム状弾性に加熱することと周囲からの加圧のみで、基材同士が溶着一体化され、樹脂がインサート部品の外壁形状に追従するので、インサート部品は、基材にクラックや歪みを生じさせることなく、また、基材の穴に対して傾くことなく、さらには、基材に形成されたマニホールドを変形させることなく容易かつ低コストで埋め込まれる。
【０００９】
また、基材を積層することによって、埋設されたインサート部品の直上の穴を小径穴にすることが可能になるので、基材の有効スペースが節約され、基材内に形成されるマニホールドの高集積化が図られると共に、穴をガスケットでシールする場合、穴の開口端周縁部の面積が広くとれるようになるので、穴のシール性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態を説明するに当たって、同一機能を奏するものは同じ符号を付して説明する。
図１は、金属ナットの埋め込み方法を説明する工程断面図、図２は、金属ナットの他の埋め込み方法を説明する工程断面図、図３は、金属ナットの他の埋め込み方法と電磁弁の取付け方法を説明する工程斜視図、図４は、基材の中間層に埋設された金属ナットと基材上に取付けられた電磁弁の状態を示す正面図、図５は、基材の表面部に埋設された金属ナットと基材上に取付けられた電磁弁の状態を示す正面図、図６は、金属ナットの他の埋め込み方法を説明する工程断面図、図７は、金属ナットの変形例を示す正面図である。
【００１１】
図１に示す金属ナットの埋め込み方法では、まず、アクリル樹脂などの透光性を有する熱可塑性樹脂によって成形された基材１の表面部および側面部に、ドリル、エンドミルおよびリーマ等を使用した機械加工を行ない、穴１ａおよび穴１ｂを開設した後、これら穴１ａ，１ｂ内にインサート部品、たとえば金属ナット２を嵌入する。
【００１２】
ここで、金属ナット２は、中央に孔部２ａが形成された軸部２ｂを有し、軸部２ｂの外周壁には、軸方向に延びる複数条の縦溝２ｃと、軸方向に交わる方向に延びる複数条の横溝２ｄとが刻設され、金属ナット２の内周壁には、金属部品をねじ結合するための雌ねじ２ｅが螺設されたものである（図１（ａ）参照）。
【００１３】
次に、金属ナット２が嵌入された基材１は、これを構成する熱可塑性樹脂のゴム弾性状態、つまり溶融温度未満温度で半固体状態になるように、１１０〜１３０℃、好ましくは、１２０℃前後（１１５〜１２５℃程度）に加熱し、軟化させ、周囲からの加圧によって、基材１の金属ナット２の外壁付近の樹脂がゴム弾性によって、金属ナット２の縦溝２ｃおよび横溝２ｄに追従するように充填させる。この状態で、基材１を十分な時間をかけて徐冷し固化すると、金属ナット２は基材１の表面部に埋設固定される（図１（ｂ）参照）。
【００１４】
このように、本実施の形態では、金属ナット２が基材１の穴１ａ，１ｂに嵌入され、基材１をゴム状弾性に加熱し、加圧することのみで、金属ナット２を、基材１の穴１ａ，１ｂにクラックや歪みを生じさせることがなく、しかも、穴１ａ，１ｂの軸線に対して傾くことなく、容易かつ低コストで埋め込むことができる。
また、金属ナット２は、その外周壁に縦溝２ｃおよび横溝２ｄを有することから、縦溝２ｃおよび横溝２ｄと樹脂とが咬み合い、周方向および軸方向に外力が作用しても、回転したり、穴１ａ，１ｂより抜脱するようなことはない。
【００１５】
図２に示す金属ナットの埋め込み方法では、まず、透光性を有するアクリル樹脂によって成形された２つの基材３，４を用意し、これら基材３，４にそれぞれ機械加工を行ない、基材３の表面部に穴３ａを開設すると共に、穴３ａの隣接する位置に穴３ａより小径で基材３の厚さ方向に貫通する穴３ｂを開設し、基材４の表面部には穴４ａを開設すると共に、溝４ｂを形成した後、金属ナット２を穴３ａ，４ａ内に嵌入する（図２（ａ），（ｂ）参照）。
【００１６】
次に、基材４の穴４ａと基材３の穴３ｂとが連通するように基材４上に基材３を積層し、この状態を保持して、基材３，４をアクリル樹脂のゴム状弾性域まで加熱し軟化し、周囲から加圧する。
【００１７】
これにより、基材３，４が相互に接合する接合面が溶着し、基材３，４の樹脂がゴム弾性によって金属ナット２の縦溝２ｃおよび横溝２ｄに追従するように充填され、この状態で、基材３，４を十分な時間をかけて徐冷し固化すれば、基材３と基材４とが一体化すると共に、金属ナット２が基材３，４の中間層に埋設固定される（図２（ｃ）参照）。
【００１８】
ところで、一体化された基材３，４には、マニホールドが形成されており、詳述すると、基材３は、多数の電磁弁の供給、出力および排出の各流路を形成する多数の穴（図示略す）を開設したものとし、それに接合する基材４にも基材３の穴に連通する穴（図示略す）を開設したり、基材３の穴の複数に連通する溝４ｂを設けたものである。
溝４ｂは、基材３に設けた多数の穴に薬品、洗剤等の液体や空気を供給するために、これら穴を連通状態で所要の液体供給源および空気供給源に連通させ、あるいは、多数の穴からの液体や空気を共通の送出部に送出するために一括して送給するために利用できるものである。
【００１９】
また、機械加工を行った基材３，４は、加熱接合に際して予めそれらの表面を洗浄するが、この洗浄には、たとえば、界面活性剤を用いた洗浄液や純水中において超音波を作用させる洗浄とか、あるいは、それらによる洗浄後にエチルアルコール液などによる仕上げ洗浄等を行うことができる。
【００２０】
このように、本実施の形態では、金属ナット２は基材３，４の穴３ａ，４ａにそれぞれ嵌入され、基材３，４が積層された後、基材３，４はゴム状弾性に加熱され、加圧されることで、金属ナット２は、基材３，４にクラックや歪みを生じさせることなく、穴３ａ，４ａの軸線に対して傾くことなく、容易かつ低コストで埋め込まれる。
【００２１】
この場合、基材３，４はゴム状弾性、つまり溶融温度未満温度で半固体状態に加熱されるので、マニホールドの形状を変形させることなく、金属ナット２は基材３，４の中間層に埋め込まれることになる。
また、埋設された金属ナット２の直上に小さな内径の穴３ｂが配置されるように基材３，４を積層すれば、基材３の有効スペースが節約され、基材３内に形成されるマニホールドの高集積化が図られると共に、穴３ｂを後述するガスケットでシールする場合、穴３ｂの開口端周縁部の面積が広くとれるようになるので、穴３ｂのシール性を向上させることができる。
【００２２】
図３に示す金属ナットの埋め込み方法において、基材５，６はアクリル樹脂からなり、基材５の表面部に穴５ａ、基材６の表面部には穴６ａをそれぞれ開設し、穴５ａ内に金属ナット２を嵌入する（図３（ａ）参照）。
【００２３】
その後、基材５上に穴５ａと穴６ａとが連通するように基材６を積層し、基材５，６をゴム状弾性域まで加熱・軟化し、周囲から加圧する。
これにより、基材５と６との接合面が溶着し、基材５の樹脂がゴム弾性によって金属ナット２の縦溝２ｃおよび横溝２ｄに追従するように充填され、この状態で、基材５，６を十分な時間をかけて徐々に冷却固化すると、基材５と基材６とが一体化し基材７となり、金属ナット２が基材７の中間層に埋設され固定されることになる（図３（ｂ）参照）。
【００２４】
次に、かかる基材７上に多数の電磁弁９をガスケット８を介して配列位置決め（図３（ｃ）参照）した後、取付けねじ１０を基材７の穴６ａを通して金属ナット２にねじ込み、電磁弁９が基材７上に締結固定される（図３（ｄ）参照）。なお、図中、８ａおよび９ａは、ガスケット８および電磁弁９にそれぞれ形成され、取付けねじ１０が挿通する取付け孔である。
【００２５】
本実施の形態において、電磁弁９は、取付け孔８ａ、９ａが穴６ａを通して金属ナット２に連通するように位置決めされ、埋設された金属ナット２の直上の穴６ａの内径を取付けねじ１０が挿通する程度に金属ナット２の外径より小さく設定すれば、基材６の有効スペースが節約されるので、基材６内に形成されるマニホールドを高集積化することができ、穴６ａをガスケット８でシールする場合、穴６ａの開口端周縁部の面積が広くとれ、穴６ａのシール性を向上させることができる。
また、樹脂からなる基材５，６を加熱・軟化すると、基材５，６内に形成されたマニホールドや穴５ａ，６ａの形状が変形し、基準位置からのマニホールドおよび穴５ａ，６ａのピッチがずれることがあるが、本実施の形態では、予めマニホールドおよび穴５ａ，６ａを形成しておき、その後、基材５，６を加熱接合することが可能なので、加熱時にはマニホールドと穴５ａ，６ａとが相対的に変形し、電磁弁９に連通するマニホールドの開口部と電磁弁９を取付けるための穴５ａ，６ａとの相対的な位置ズレを最小限に抑えることができるため、電磁弁９の取付け不良を防止することができる（図４参照）。なお、図５は、電磁弁９が基材７の表面部に埋設された金属ナット２にガスケット８を介して取付けられた場合を示している。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態の熱可塑性樹脂からなる基材への部品埋め込み方法について詳述したが、本発明は、上記実施の形態記載の部品埋め込み方法に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００２７】
たとえば、図６に示すように、アクリル樹脂製の基材１１の表面部に穴１１ａを開設すると共に、アクリル樹脂からなる薄板状の基材１２にその厚さ方向に貫通し、穴１１ａより小径の穴１２ａを開設する（図６（ａ）参照）。
【００２８】
次に、金属ナット２を穴１１ａ内に嵌入した後、基材１１上に穴１１ａと穴１２ａとが連通するように基材１２を積層し、基材１１，１２をゴム状弾性域まで加熱し軟化し、周囲から加圧することにより、基材１１と基材１２とを溶着一体化し、金属ナット２を基材１１，１２の中間層に埋設固定することもできる（図６（ｂ）参照）。
この場合、穴１２ａは内径が小さく設定されている分、穴１２ａをガスケット８でシールする場合、穴１２ａの開口端周縁部の面積が広くとれ、穴１２ａのシール性を向上することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、金属部品として電磁弁９を取付ける場合について説明しているが、これに限定されず、管継手、レギュレータ、サイレンサおよびシリンダ等の取付けにも適用されることは言うまでもない。
さらに、金属ナット２に限定されず、その他の金属部品、マグネットおよび異種樹脂等を埋設することもできる。
また、基材は、アクリル樹脂の他、ポリカーボネイト樹脂またはポリエーテルイミド樹脂等によって成形してもよいが、基材の透光性は必ずしも必要なものではない。
さらに、２つに限らず３つ以上の基材を接合することもできる。
【００３０】
また、金属ナット２に代えて、図７に示すような金属ナット１３にしてもよい。つまり、この金属ナット１３は、その外周壁の中央部にやや大きめの凹部１３ａを形成することで樹脂の食い込みを大きくし、周方向および軸方向の外力に対して充分に対抗できるようにし、固定性をより向上させるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、インサート部品を穴に嵌入した後、基材をゴム状弾性に加熱し、周囲から加圧することのみで、クラックや歪みを生じさせることがなく、穴に対して傾くことなく、少ない作業工数で容易かつ低コストに、しかも、基材はゴム状弾性に加熱されるので、基材に形成されるマニホールドの形状を変形させることなく、インサート部品を基材に埋設することができる。
【００３２】
また、基材を積層することによって、埋設されたインサート部品の直上の穴を小径穴にすることができるので、基材の有効スペースが節約され、基材内に形成されるマニホールドの高集積化を図ることができると共に、穴をガスケットでシールする場合、穴の開口端周縁部の面積が広くとれるようになるので、穴のシール性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る金属ナットの埋め込み方法を説明する工程断面図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る金属ナットの埋め込み方法を説明する工程断面図。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る金属ナットの埋め込み方法と電磁弁の取付け方法を説明する工程斜視図。
【図４】基材の中間層に埋設された金属ナットと基材上に取付けられた電磁弁の状態を示す正面図。
【図５】基材の表面部に埋設された金属ナットと基材上に取付けられた電磁弁の状態を示す正面図。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る金属ナットの埋め込み方法を説明する工程断面図。
【図７】金属ナットの変形例を示す正面図。
【符号の説明】
１，３，４，５，６，７，１１，１２  基材
１ａ，１ｂ，３ａ，３ｂ，４ａ，５ａ，６ａ，１１ａ，１２ａ  穴
２，１３  金属ナット
２ａ  孔部
２ｂ  軸部
２ｃ  縦溝
２ｄ  横溝
２ｅ  雌ねじ
４ｂ  溝
８  ガスケット
８ａ，９ａ  取付け孔
９  電磁弁
１０  取付けねじ
１３ａ  凹部
【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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