JP6907934B2

JP6907934B2 - 熱可塑性樹脂溶着方法

Info

Publication number: JP6907934B2
Application number: JP2017253911A
Authority: JP
Inventors: 吉宏岩野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP2019119077A

Description

本発明は、熱可塑性樹脂溶着方法に関する。

下記特許文献１には、ダブルベルト式加圧装置に関する発明が開示されている。このダブルベルト式加圧装置は、それぞれプーリ間に架け渡された一対のエンドレスベルトと、それぞれのエンドレスベルトの内周側に配置された金属製のブロックと、このブロックと一体的に設けられたヒータとを含んで構成されている。そして、下記先行技術では、エンドレスベルト上に載置された樹脂製のワークが、エンドレスベルトが走行することで、一対のエンドレスベルトで挟持された状態でヒータによって加熱されつつブロックによって押圧されて目的物に加工されるようになっている。また、エンドレスベルト上に二つの樹脂製のワークを重ねた状態で載置してダブルベルト式加圧装置を作動させることで、これらのワークを互いに溶着させることも可能である。

特許第５９３６２１７号公報

しかしながら、上記先行技術では、異なるワークをエンドレスベルトに載置して、これらのワークを溶着させるため、得られる部品の形状が制限されることが考えられる。

本発明は上記事実を考慮し、異なるワークを溶着して得られる部品の形状の自由度を向上させることができる熱可塑性樹脂溶着方法を得ることが目的である。

請求項１に記載の本発明に係る熱可塑性樹脂溶着方法は、熱可塑性樹脂で構成された第１部材の一部を構成しかつ当該第１部材の長手方向に沿って延びる第１フランジ部と、熱可塑性樹脂に溶着可能とされた第２部材の一部を構成しかつ当該第２部材の長手方向に沿って延びる第２フランジ部と、を長手方向が一致した状態で対向させて配置し、一対の第１ローラ間に環状に架け渡されると共に内周側に配置された第１加熱部で加熱可能とされかつ前記第１フランジ部を前記第２フランジ部側に押圧可能とされた第１スチールベルトと、一対の第２ローラ間に環状に架け渡されると共に内周側に配置された第２加熱部で加熱可能とされかつ前記第２フランジ部を前記第１フランジ部側に押圧可能とされた第２スチールベルトと、を用いて前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とを密着させて溶着させている。

請求項１に記載の本発明によれば、一対の第１ローラ間に環状に架け渡されると共に内周側に配置された第１加熱部で加熱可能とされた第１スチールベルトと、一対の第２ローラ間に環状に架け渡されると共に内周側に配置された第２加熱部で加熱可能とされた第２スチールベルトとを用いて、熱可塑性樹脂で構成された第１部材と熱可塑性樹脂に溶着可能とされた第２部材とを溶着させることができる。

ところで、異なるワークを第１スチールベルト又は第２スチールベルトに載置して、これらを溶着させる方法を採用すると、得られる部品の形状が制限されることが考えられる。

ここで、本発明では、第１部材には、当該第１部材の一部を構成しかつ当該第１部材の長手方向に沿って延びる第１フランジ部が設けられており、第２部材には、当該第２部材の一部を構成しかつ当該第２部材の長手方向に沿って延びる第２フランジ部が設けられている。そして、第１フランジ部と第２フランジ部とをそれぞれ長手方向が一致した状態で対向させて配置する。

また、本発明では、第１フランジ部が第１スチールベルトで第２フランジ部側に押圧されると共に第２フランジ部が第２スチールベルトで第１フランジ部側に押圧されることで、第１フランジ部と第２フランジ部とが密着された状態で溶着されるようになっている。このため、第１部材及び第２部材の全体形状が、第１スチールベルト又は第２スチールベルトに載置不可能な形状であっても、第１フランジ部及び第２フランジ部を第１部材と第２部材との接合部として機能させ、第１部材と第２部材とを一体化することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明に係る熱可塑性樹脂溶着方法は、異なるワークを溶着して得られる部品の形状の自由度を向上させることができるという優れた効果を有する。

本実施形態に係る溶着装置の要部を構成するダブルベルト装置の構成を模式的に示す拡大側面図（図３の１方向矢視図）である。本実施形態に係る溶着装置の要部を構成するダブルベルト装置の構成を模式的に示して、その可動範囲を例示した側面図であり、（Ａ）はダブルベルト装置の第１モードを示しており、（Ｂ）はダブルベルト装置の第２モードを示している。本実施形態に係る溶着装置の全体構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態に係る溶着装置によって溶着されている部材の状態を示しており、溶着工程の初期から順を追って（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）として示した部材の長手方向から見た断面図である。

以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る熱可塑性樹脂溶着方法の実施形態の一例について説明する。

まず、これらの図を用いて、本発明に係る熱可塑性樹脂溶着方法に用いられる溶着装置１０の構成、溶着装置１０で溶着される第１部材としての「部材１２」及び第２部材としての「部材１４」の構成について説明することとする。

溶着装置１０は、図３に示されるように、ロボットアーム１６とダブルベルト装置１８とを含んで構成されている。ロボットアーム１６は、図示しない支持部に対してロボットアーム１６を支持する基台部２０、複数のアーム部２２及び当該ロボットアーム１６の先端部を構成するリスト部２４を備えた垂直多関節（一例として、６軸）ロボットとされている。なお、アーム部２２及びリスト部２４には、それぞれ図示しない電動の駆動部が内蔵されており、アーム部２２及びリスト部２４は、それぞれ基台部２０に対して独立して変位することが可能とされている。

一方、ダブルベルト装置１８は、図１及び図２にも示されるように、シングルベルト装置２６、２８と、アクチュエータ３０、３２と、スライダ３４とを備えている。そして、シングルベルト装置２６は、基板３６、第１ローラとしての一対の「ローラ３８」、ローラ４０、第１スチールベルトとしての「スチールベルト４２」及び第１加熱部としての「ヒータ４４、４６」を含んで構成されている。

より詳しくは、基板３６は、基本的に幅が一様とされて延びる板状とされていると共に、その長手方向両端部の周縁部がそれぞれ長手方向中央部と反対側に凸となる円弧状とされている。また、基板３６の表面３６Ａにおける長手方向両端部には、それぞれローラ３８が取り付けられており、当該表面３６Ａの長手方向中央部には、ローラ４０が取り付けられている。なお、ローラ３８、４０は、それぞれ回転軸方向を基板３６の板厚方向とされて配置されている。また、ローラ４０は、基板３６の板厚方向から見て、ローラ３８の回転軸Ｐ１同士を結ぶ直線Ｌ１に対して直線Ｌ１と直交する方向にずれた位置にその回転軸Ｑ１が位置するように配置されている。さらに、ローラ３８、４０のうち少なくとも一つのローラ３８が、図示しない電動の駆動部によって駆動されるようになっている。

そして、ローラ３８、４０には、スチールベルト４２が環状に架け渡されている。このスチールベルト４２は、一例として、ステンレス製の基材と、当該基材を被覆するポリイミド樹脂等の樹脂皮膜層とを備えた積層構造のエンドレスベルトとされているが、鋼材等で構成された単層の金属ベルトとされていてもよい。そして、スチールベルト４２の内周側には、ヒータ４４、４６が配置されている。

ヒータ４４、４６は、基板３６に取り付けられていると共に、一方のローラ３８とローラ４０との間にヒータ４４が、他方のローラ３８とローラ４０との間にヒータ４６がそれぞれ配置されている。そして、ヒータ４４、４６は、ローラ３８、４０に架け渡された状態のスチールベルト４２に当接されるようになっており、当該ヒータ４４、４６によってスチールベルト４２を加熱することが可能となっている。

一方、シングルベルト装置２８は、基板４８、第２ローラとしての一対の「ローラ５０」、ローラ５２、第２スチールベルトとしての「スチールベルト５４」及び第２加熱部としての「ヒータ５６、５８」を含んで、基本的にシングルベルト装置２６と同様の構成とされている。なお、以下では、ローラ５０の回転軸を回転軸Ｐ２と称し、ローラ５２の回転軸を回転軸Ｑ２と称し、基板４８の板厚方向から見て回転軸Ｐ２同士を結ぶ直線を直線Ｌ２と称することとする。なお、ヒータ５６は、ヒータ４４に対応しており、ヒータ５８は、ヒータ４６に対応している。

図２に示されるように、アクチュエータ３０は、基板３６の表面３６Ａと反対側の裏面３６Ｂにおける長手方向中央部に取り付けられており、アクチュエータ３２は、基板４８の表面４８Ａと反対側の裏面４８Ｂにおける長手方向中央部に取り付けられている。また、アクチュエータ３０は、図示しないサーボモータ等の駆動部を含んで構成されており、基板３６の板厚方向に延びる回転軸Ｒ１を中心としてシングルベルト装置２６を回動可能とされている。一方、アクチュエータ３２も図示しないサーボモータ等の駆動部を含んで構成されており、基板４８の板厚方向に延びる回転軸Ｒ２を中心としてシングルベルト装置２８を回動可能とされている。そして、アクチュエータ３０とアクチュエータ３２とは、スライダ３４で連結されている。

スライダ３４は、外形が直方体状とされた本体部６０と、図示しない一対の取付部と、図示しない電動の駆動部とを含んで構成されている。取付部は、それぞれアクチュエータ３０、３２を取付可能とされると共に本体部６０に対して相対移動可能に取り付けられており、駆動部によって当該本体部６０の長手方向に移動可能とされている。そして、スライダ３４は、その長手方向中央部でロボットアーム１６のリスト部２４に連結されており、当該リスト部２４が駆動することで基板３６、４８の板厚方向に延びるリスト部２４の回転軸Ｓを中心として回動可能とされている。

上記のように構成されたダブルベルト装置１８は、リスト部２４、アクチュエータ３０、３２、スライダ３４が駆動されることでシングルベルト装置２６、２８を種々の状態に配置することが可能とされている。ダブルベルト装置１８は、例えば、図１及び図２（Ａ）に示されるように、直線Ｌ１と直線Ｌ２とが平行となるようにかつローラ４０とローラ５２とが最も近接された状態でシングルベルト装置２６、２８が配置された第１モードを取り得る。また、ダブルベルト装置１８は、図２（Ｂ）に示されるように、直線Ｌ１と直線Ｌ２とが同一直線状に位置するようにシングルベルト装置２６、２８が配置された第２モードを取ることも可能である。さらに、ダブルベルト装置１８全体もロボットアーム１６が駆動することで任意の位置に位置決めすることが可能である。なお、溶着装置１０には、図示しない電源から電力が供給されるようになっている。

図３に戻り、部材１２、１４の構成について説明することとする。部材１２、１４は、それぞれ炭素繊維強化熱可塑性樹脂（ＣＦＲＴＰ）で構成されていると共に、一例として、部材１２が車体のロッカの一部を構成するロッカアウタとされており、部材１４が当該ロッカの一部を構成するロッカインナとされている。部材１２は、ロッカアウタの主な部分を構成する本体部１２Ａと、当該本体部１２Ａから延出されて当該本体部１２Ａの長手方向（部材１２の長手方向）に沿って延びる第１フランジ部としての「フランジ部１２Ｂ」とを含んで構成されている。一方、部材１４は、ロッカインナの主な部分を構成する本体部１４Ａと、当該本体部１４Ａから延出されて当該本体部１４Ａの長手方向（部材１４の長手方向）に沿って延びる第２フランジ部としての「フランジ部１４Ｂ」とを含んで構成されている。

（本実施形態の作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。

本実施形態では、一対のローラ３８間に環状に架け渡されると共に内周側に配置されたヒータ４４、４６で加熱可能とされたスチールベルト４２と、一対のローラ５０間に環状に架け渡されると共に内周側に配置されたヒータ５６、５８で加熱可能とされたスチールベルト５４とを用いて、熱可塑性樹脂で構成された部材１２と熱可塑性樹脂に溶着可能とされた部材１４とを溶着させることができる。

ところで、異なるワークをスチールベルト４２又はスチールベルト５４に載置して、これらを溶着させる方法を採用すると、得られる部品の形状が制限されることが考えられる。

ここで、本実施形態では、部材１２には、当該部材１２の一部を構成しかつ当該部材１２の長手方向に沿って延びるフランジ部１２Ｂが設けられており、部材１４には、当該部材１４の一部を構成しかつ当該部材１４の長手方向に沿って延びるフランジ部１４Ｂが設けられている。そして、本実施形態では、部材１２と部材１４との溶着工程において、図４（Ａ）に示されるように、まず、部材１２、１４を図示しない支持台や支持装置によって支持し、フランジ部１２Ｂとフランジ部１４Ｂとをそれぞれ長手方向が一致した状態で対向させて配置する。

また、本実施形態では、フランジ部１２Ｂがスチールベルト４２でフランジ部１４Ｂ側に押圧されると共にフランジ部１４Ｂがスチールベルト５４でフランジ部１２Ｂ側に押圧されることで、フランジ部１２Ｂとフランジ部１４Ｂとが密着された状態で溶着されるようになっている。

詳しくは、図１及び図３に示されるように、アクチュエータ３０、３２及びスライダ３４が駆動されることで、ダブルベルト装置１８が第１モードとなる。そして、ダブルベルト装置１８は、シングルベルト装置２６、２８の長手方向とフランジ部１２Ｂ、１４Ｂの長手方向とが一致した状態でシングルベルト装置２６とシングルベルト装置２８との間にフランジ部１２Ｂ、１４Ｂが配置されるようにロボットアーム１６で位置決めされる。なお、シングルベルト装置２６、２８と部材１２、１４との位置関係を理解し易くするため、図３にはスライダ３４等を図示していない。

上記の状態において、アクチュエータ３０が駆動されることで、フランジ部１２Ｂがヒータ４４、４６で加熱されたスチールベルト４２によってフランジ部１４Ｂ側に押圧される。また、アクチュエータ３２が駆動されることで、フランジ部１４Ｂがヒータ５６、５８で加熱されたスチールベルト５４によってフランジ部１２Ｂ側に押圧される。その結果、図４（Ｂ）に示されるように、フランジ部１２Ｂとフランジ部１４Ｂとが密着された状態となると共に、加熱されたスチールベルト４２、５４で挟まれたフランジ部１２Ｂ、１４Ｂは、図４（Ｃ）に示されるように溶着されて一体化される。

また、部材１２と部材１４との溶着工程において、スチールベルト４２は、ローラ３８が駆動されることでフランジ部１２Ｂを引き込む方向（図１の矢印Ａ方向）に回動し、スチールベルト５４は、フランジ部１４Ｂを引き込む方向（図１の矢印Ｂ方向）に回動する。このため、スチールベルト４２、５４は、フランジ部１２Ｂ、１４Ｂに対して走行している状態となり、フランジ部１２Ｂ、１４Ｂが、その長手方向に沿って順次溶着されていくことでロッカ６２が構成される。

その結果、本実施形態では、部材１２及び部材１４の全体形状が、スチールベルト４２又はスチールベルト５４に載置不可能な形状であっても、フランジ部１２Ｂ及びフランジ部１４Ｂを部材１２と部材１４との接合部として機能させ、部材１２と部材１４とを一体化することができる。したがって、本実施形態では、異なるワークを溶着して得られる部品の形状の自由度を向上させることができる。

なお、上述した溶着装置１０によれば、フランジ部１２Ｂ、１４Ｂをスポット溶接のように溶着することも可能である。具体的には、ダブルベルト装置１８を第２モード（図２（Ｂ）参照）にした状態において、スチールベルト４２、５４間にフランジ部１２Ｂ、１４Ｂを配置する。そして、部材１２、１４を支持装置で直線Ｌ１、Ｌ２と直交する方向に所定の速度で送りつつ、シングルベルト装置２６、２８が所定の周期で近接するようにスライダ３４を駆動させてフランジ部１２Ｂ、１４Ｂを溶着する。このように、溶着装置１０を作動させることで、フランジ部１２Ｂ、１４Ｂは、所定の間隔に設定された複数箇所で溶着されることとなる。

また、本実施形態では、部材１２、１４が両方とも熱可塑性樹脂で構成されていたが、これらのうち一方は、鋼材等の金属で構成されていてもよい。具体的には、金属で構成された部材に設けられたフランジ部の接合面を表面加工等によって荒れた状態（微小な凹凸が不規則に複数形成された状態）とすることで、当該フランジ部に熱可塑性樹脂製の部材のフランジ部を溶着させることが可能となる。さらに、溶着装置１０の構成も上記に限られるものではなく、溶着装置１０は、ダブルベルト装置１８のみで構成された定置型とされていてもよい。

１２部材（第１部材）
１２Ｂフランジ部（第１フランジ部）
１４部材（第２部材）
１４Ｂフランジ部（第２フランジ部）
３８ローラ（第１ローラ）
４２スチールベルト（第１スチールベルト）
４４ヒータ（第１加熱部）
４６ヒータ（第１加熱部）
５０ローラ（第２ローラ）
５４スチールベルト（第２スチールベルト）
５６ヒータ（第２加熱部）
５８ヒータ（第２加熱部）

Claims

熱可塑性樹脂で構成された第１部材の一部を構成しかつ当該第１部材の長手方向に沿って延びる第１フランジ部と、
熱可塑性樹脂に溶着可能とされた第２部材の一部を構成しかつ当該第２部材の長手方向に沿って延びる第２フランジ部と、
を長手方向が一致した状態で対向させて配置し、
一対の第１ローラ間に環状に架け渡されると共に内周側に配置された第１加熱部で加熱可能とされかつ前記第１フランジ部を前記第２フランジ部側に押圧可能とされた第１スチールベルトと、
一対の第２ローラ間に環状に架け渡されると共に内周側に配置された第２加熱部で加熱可能とされかつ前記第２フランジ部を前記第１フランジ部側に押圧可能とされた第２スチールベルトと、
を用いて前記第１フランジ部と前記第２フランジ部とを密着させて溶着させる、
熱可塑性樹脂溶着方法。