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JPS5923975B2 - 超音波振動による接合方法 - Google Patents
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JPS5923975B2 - 超音波振動による接合方法 - Google Patents

超音波振動による接合方法

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JPS5923975B2
JPS5923975B2 JP58041384A JP4138483A JPS5923975B2 JP S5923975 B2 JPS5923975 B2 JP S5923975B2 JP 58041384 A JP58041384 A JP 58041384A JP 4138483 A JP4138483 A JP 4138483A JP S5923975 B2 JPS5923975 B2 JP S5923975B2
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JP
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synthetic resin
resin member
ultrasonic vibration
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繁次 町田
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波振動を用いて金属部材と熱可塑性合成樹
脂部材とを接合する方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕一般に複数の被接合
部材を互いに当接させ、これら被接合部材間に超音波振
動を与えると上記当接面が超音波振動によつて発熱する
ことは知られている。
このことを利用してたとえば金属部材と合成樹脂部材と
を接合することも公知である。すなわち上記合成樹脂部
材が熱可塑性である場合、これは加熱されることによつ
て溶融するため、この溶融性を利用して接合作用をなさ
しめるものである。しかして、従来における金属部材と
熱可塑性合成樹脂部材とを超音波振動を利用して接合す
る方法は第１図ａ、ｂあるいは第２図ａ、ｂに示される
ものであつた。すなわち第１図ａ、ｂはかしめ法を利用
するものであり、熱可塑性合成樹脂部材イにかしめ用突
起口を一体に形成し、この突起口と対応する金属部材ハ
には係合孔二を予め形成しておき、上記突起口を係合孔
二に挿通させ、かしめるものであつて、かしめる際には
振動端子（ホーン）ホが用いられる。上記振動端子ホは
図示しない超音波振動発生装置に連結されていて、その
先端部にはねじ頭状の雌型部へが形成されていて、この
雌型部へを上記係合孔二から突出している突起口に当接
させて超音波振動を加えると、この振動端子ホの超音波
振動によつて突起口の先端に繰返して衝撃力を受け、こ
の応力によつて摩擦熱を発生するためこの部分７！）功
口熱溶融されるから、この溶融部分が上記雌型部への形
状に成形され、よつてこれを冷却固化してかしめ部を形
成するものである。この方法は接合後抜ける恐九は少゛
ない、しかしながら、予め合成樹脂部材イにはかしめ用
突起口を一体に形成しておかなければならないとともに
、金属部材ハには上記突起口と対向する位置に係合孔二
を穿設しておかなければならないから、両者イとハとの
成形が面倒であり、かつ対向する位置ぎめの精度が要求
され位置が規制されるものであつた。特に突起口と係合
孔二とをそれぞれ複数個形成した場合には高精度が要求
され、きわめて面倒であつた。またかしめられた頭部は
外表面に露出するため、外観を損う等の欠点もあつた。
また、第２図ａ、ｂに示されたものは、通常インサート
法と称されるものであつて、金属部材八全体、またはこ
れに形成した突起（図示しない。
）に対応して合成樹脂部材イには上記金属部材ハまたは
突起の外径よりも小さい内径よりも小さい内径を有する
下穴卜を形成して｝き、上記下穴卜に対向させた金属部
材ハに振動端子チを介して超音波振動を加えるものであ
る。そして超音波振動を与えられた金属部材ハは、これ
と合成樹脂部材イに形成した下穴卜との間を加熱し、下
穴卜の内径を溶融してこれを拡げつつ侵入する。よつて
これを冷却固化すれば合成樹脂部材イと金属部材ハとの
接合がなされるものである。しかしながらこのインサー
ト法にあつては、抜けに対する抵抗は小さく、しかも金
属部材八と下穴卜とを予め対応した位置に配置しなけれ
ばならず、また金属部材ハに複数個の突起を形成した場
合には両者の位置合わせが面倒となり、同時接合の場合
には振動端子チの形状も複雑になる欠点があつた。
な卦、上記第１図Ａ，ｂ訃よび第２図Ａ，ｂＶＣ｝いて
りは作業用ベツドを示す。〔発明の目的〕 本発明はこのような事情にもとずきなされたもので、そ
の目的とするところは、工程が簡素化されるとともに抜
け止め効果が大で、しかも加熱効率がよく、かつ金属部
材と熱可塑性合成樹脂部材との位置合わせを必要とせず
、自動化が可能となり、しかも高強度に接合する−こと
ができる超音波振動による接合方法を提供しようとする
ものである。
〔発明の概要〕
本発明は、突起をもつた金属部材と、熱可塑性合成樹脂
部材とを突起を熱可塑性合成樹脂部材に当接させた状態
で超音波振動を付与し、両者を接合させる方法であつて
、切起しによりバリのある突起を金属部材に予め形成し
、金属部材側から超音波を付与するもので、バリのある
突起により抜け止め効果と溶融の促進を計り、金属部材
側からの超音波振動付与により超音波振動の集中化を計
つたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を扇風機のガードに訃けるモノグ
ラムとセンターリングとの接合方法に適用して第３図以
下の図面を参照しつつ説明する。
図中１は扇風機のカードであり、このカード１は大径を
なす外側リング２と小径をなすセンターリング３との間
に保護網４を配設して構成されているとともに上記セン
ターリング３にはモノグラム５が固定されている。しか
して、上記センターリング３は第４図｝よび第５図に示
されるように環状体でありＳＰＣ材等の金属材料によつ
て成形されている。そしてこのセンターリング３が本発
明に｝ける金属部材であつて、このセンターリング３に
は複数箇所、たとえば互いに対称をなす位置に突起が形
成されている。上記突起は本実施例の場合このセンター
リング３の一部を切り起こして形成した切り起こし舌片
６・・・であつて、詳】しないが切り口の仕上げ、すな
わちバリ取りは行なわず、むしろ十分バリが形成される
ように加工する。また上記モノグラム５は第６図訃よび
第７図に示されアクリロニトリル−スチロール樹脂（Ａ
Ｓ樹脂等の熱可塑性合成樹脂により一体成形されたもの
であつて、このモノグラム５が本発明に｝ける熱可塑性
合成樹脂部材である。しかして上記モノグラム５は環状
を力すセンタ７の周囲に多数本のアーム８・・・を延設
し、これらアーム８・・・の周縁に固定リング部９を形
成してある。そしてこの固定リング部９は上記センター
リング３に対応した形状をなしていて、上記センターリ
ング３と上記固定リング部９とは後述する超音波振動に
よつて接合される。つぎに超音波振動を付加する装置に
ついて第１１図を参照して説明する。
第１１図に｝いて１０は作業用ベツドであつ二このベツ
ド１０上にフツク１１，１１等を介して押え治具１２が
設けられており、この押え治具１２はモノグラム５を上
記ベツド１０に対して伏せて載置したとき、固定リング
部９の周縁を押えるものである。
しかして、上記ベツド１０に対向して、上部には振動端
子１３（又はホーン）がこのベツド１０に対して垂直に
位置されて｝り、この振動端子１３はブースターホーン
１４を介してコンバータ１５に連結されている。したが
つて上記コンバータ１５によつて発生した超音波振動は
ブースターホーン１４を介して振動端子１３に伝播され
、この振動端子１３が図示に卦いて上下方向の超音波振
動をなすものである。このような超音波振動装置を用い
て、前記金属部材すなわちセンターリング３と熱可塑性
合成樹脂部材すなわちモノグラム５とを接合する手順を
説明する。
前記したようなモノグラム５をベツド１０上に伏せて載
置し、これを押え治具１２によつて固持する。
そしてこのモノグラム５の固定リング部９上に前記セン
ターリング３を載せる。この際、センターリング３に形
成した突起すなわち切り起こし舌片６・・・は上記モノ
グラム５の固定リング部９の接合面に当接しているため
、このセンターリング３はモノグラム５からは離れて浮
き上がつた状態にある。そして、金属部材側から、すな
わち上記センターリング３に超音波振動発生装置の振動
端子１３を当てて、これにたとえば２０ＫＨｚ程度の超
音波振動を垂直方向に付加する。すると、センターリン
グ３はこれら自身が２０ＫＨｚの振動によつて上下に微
細に振動し、モノグラム５の接合面に当接している切り
起こし舌片６・・・は、この接合面に｝いて同様な振動
を繰り返す。このことから、切り起こし舌片６・・・の
先端と接合面との間には振動によつて生じる衝撃力によ
り摩擦が発生し、この摩擦によつて熱が生じる。上記熱
はモノグラム５を加熱して切り起こし舌片６・・・と当
接している面を溶融する。したがつて、振動端子１３に
押圧力を付加すれば、上記切り起こし舌片・・・は溶融
した当接面に溶融樹脂部材を排除しながら侵入すること
になる。そして、所定深さまで侵入すると超音波振動の
付加を停止し、モノグラム５を冷却してやれば、上記溶
融部分が固化するため切り起こし舌片６・・・はモノグ
ラム５内に侵入したま＼固化されるからモノグラム５と
センターリング３との接合がなされるものである。しか
して、上記の力法によればセンターリング３に形成した
切り起こし舌片６・・・はこれ自身がモノグラム５内に
侵入するため、モノグラム５には上記切り起こし舌片６
・・・に対応する下穴等は全く不要であり、このため、
セッターリップ３とモノグラム５との位置合わせ等は必
要なくなる。
ゆえに、位置合わせの精度が要求されないため作業能率
は著しく向上するとともに、素材、すなわちモノグラム
５の成形も容易となる。七して、両者の位置合わせが不
要となつたことから接合の自動化が可能となる。また、
従来のようなかしめ法と比べ外観鄭良好である。しかも
、モノグラム４の溶融した部材の舌片６・・・の侵人に
よつて排除されることにより、この溶融部材がセンター
リング３の舌片６・・・以外の部分、たとえばセンター
リング３とモノグラム５との接合面やセンターリング３
の側面に表面張力で付着するから、上記センターリング
３とモノグラム５とが高強度に接合さねる。さらに、上
記実施例に｝ける切り起こし舌片６・・・に仕上げ加工
すなわちバリ取りをしていないので、加熱溶融が促進さ
れ、かつ上記切り起こし舌片６・・・がモノグラム５内
に侵入してこれが固化されたのちは上記バリが抜け止め
の作用をなし、強固に接合されるものである。つぎに本
実施例に｝ける実験例を付説してふ・くと、上記センタ
ーリング３はＳＰＣ−１．材を用い、板厚１．０ｍｍで
あり、切り起こし舌片６・・・は６箇所に設けバリは形
成されたままにした。
またモノグラム５はＡＳ樹脂により成形されたものであ
る。そして、超音波振動は金属部材側から２０ＫＨｚを
２〜２．５秒間加え、かつ押圧力として５．６ｋ９／（
７Ｌ２を加えた。そして振動付加後３〜３，５秒間は冷
却固化のために保持時間として放置した。このように接
合したものは、７０ｋｇ以上の引張強さに対しても耐え
得ることが確認されて｝り、良好な接合性が得られる。
な｝切り起こし舌片６・・・の侵入深さは舌片６・・・
の幅寸法以下が望ましくかつ、モノグラム５の接合面の
厚さは、上記切り起こし舌片６・・・の侵入深さの１．
５倍以上であることが望ましい。な抵上記実施例に｝い
て金属部材として扇風機のセンターリング３また熱可塑
性合成樹脂部材としてモノグラム５について説明したが
本発明はこれに限定されることはなく、また両者の形状
も環状のものに限られるものではない。また金属部材に
形成される突起は切り起こし舌片６・・・に限らず、角
形突起、その他異常形突起であつてもバリが形成されて
いれば可能であるが、抜け止めに対する配慮がなされて
いることが重要であることは言うまでもない。〔発明の
効果〕 以上説明したように本発明は金属部材に切起しによりバ
リのある突起を形成し、このバリ・のある突起を熱可塑
性合成樹脂部材に当接して超音波振動を金属部材側から
加え、上記突起が合成樹脂部材の当接面を加熱溶融し、
溶融合成樹脂部材を排除しつつ侵入することによつて両
部材を接合するようにしたものであるから、溶融がバリ
により促進されるとともに固化後バリにより抜けが防止
され、またバリとりの工程も省略され、かつ金属部材側
からの超音波付与により当接部に超音波を効率よく集中
させることができる。
さらにまた合成樹脂部材には従来のように下穴や係止孔
は不要であり、よつて合成樹脂部材の成形が簡素化する
とともに、両部材の位置合わせが不要となるため作業能
率が向上しかつ自動化が可能となる。さらにまた突起は
外表面に露出しないため外観が向上し、さらに突起の侵
入によつて排除された溶融樹脂部材が金属部材の突起以
外の部分にも付着するからこれら両者の接合が高強度に
行なわれる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図訃よび第２図は従来の接合方法を示し、第１図Ａ
，ｂはかしめ法、第２図Ａ，ｂはインサート法であり、
第３図以下は本発明の一実施例を示し、第３図は扇風機
のガードを示す分解した斜視図、第４図訃よび第５図は
そのセンターリングの正面図訃よび断面図、第６図訃よ
び第７図はモノグラムの正面図訃よび断面図、第８図訃
よび第９図は両者を接合した状態の正面図｝よび断面図
、第１０図は接合部分を拡大して示す断面図、第１１図
は超音波振動発生装置を概略的に示す図である。 ３・・・・・・金属部材、５・・・・・・熱可塑性合成
樹脂部材、６・・・・・・突起。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 金属部材と熱可塑性合成樹脂部材とを接合するもの
    において、上記金属部材に切起しによりバルを有する突
    起を形成し、上記突起を上記合成樹脂部材に当接させて
    超音波振動と押圧力とを上記金属部材側から加え上記突
    起に集中させ、上記突起と合成樹脂部材との当接部分を
    発熱させて当接樹脂部材を溶融し、上記突起を埋込みつ
    つ溶融した樹脂部材を排除し、この排除された溶融樹脂
    部材を上記突起以外の金属部に付着させ、これら両部材
    を接合するとともに上記バリにより抜けに対する抵抗力
    を付与することを特徴とする超音波振動による接合方法
    。
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