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JP4080492B2 - 接合体および接合方法 - Google Patents

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JP4080492B2 JP2005104465A JP2005104465A JP4080492B2 JP 4080492 B2 JP4080492 B2 JP 4080492B2 JP 2005104465 A JP2005104465 A JP 2005104465A JP 2005104465 A JP2005104465 A JP 2005104465A JP 4080492 B2 JP4080492 B2 JP 4080492B2
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Description

本発明は、接合体および接合方法に関するものである。
従来、合成樹脂から成形された接合部品に、金属や合成樹脂等からなる被接合部品を接合する手段として、接合部品に設けたピンやボス等の軸部を接合部品に形成した孔に挿通し、前記軸部を超音波振動によって溶融させて接合する接合体が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この接合体は、合成樹脂製の接合部品に金属や合成樹脂等からなる被接合部品を短時間で簡易に接合することができ、特に、被接合部品の材質を問わないことから用途が広いという利点を有している。
特開２０００−１２７２４８号公報 特開２００２−３１８３８６号公報
ところで、従来の接合体は、先ず、図８に示すように、ベース治具１に形成した配置部１ａに接合部品２を配置する。接合部品２は、合成樹脂から成型され、ピンやボス等からなる軸部２ａを有している。次に、軸部２ａを重合部３ａに形成した孔３ｂに挿通し、図９に示すように、被接合部品３の重合部３ａを接合部品２に重ね合わせる。その後、図１０に示すように、軸部２ａに対応する部分を切り欠いた押え治具４によって重合部３ａを押圧し、上方から超音波ホーン５を軸部２ａに押し付けて超音波振動を付与し、軸部２ａを溶融して孔３ｂの直径以上に押し潰すことにより、接合部品２と被接合部品３とを接合している。このため、接合部品２は、被接合部品３の孔３ｂに挿通する軸部２ａを被接合部品３との位置決めにも使用していた。
従って、従来の接合体は、接合部品２と被接合部品３とを適正に位置決めするため、被接合部品３の孔３ｂは、設計上、図１１に示すように、軸部２ａとの隙間が小さくなるように、接合部品２の軸部２ａよりも僅かに大きく設定されていた。しかも、従来の接合体は、接合部品２と被接合部品３とを接合する場合、軸部２ａに超音波ホーン５によって超音波振動を加えると、軸部２ａの溶融に伴う軟化や接合部品２と被接合部品３との間の摩擦抵抗の著しい低下が生じる。このため、従来の接合体は、接合部品２と被接合部品３との位置が変化し易く、軸部２ａと孔３ｂの位置がずれてしまうことがあった。
このようなずれが発生すると、接合体は、図１１に示すように、軸部２ａと孔３ｂとが接触した状態で接合部品２と被接合部品３とが接合された場合、使用に際して孔３ｂと接触している軸部２ａの部分に応力が高い箇所が発生する。このため、接合体は、長期に亘って使用した場合に、孔３ｂと接触している軸部２ａにクラックＣが発生して破壊されてしまうことがあり、長期信頼性の点で問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接合部品と被接合部品との位置決め精度に優れ、接合後、接合部品の軸部への高応力箇所の発生を回避することが可能な接合体および接合方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る接合体は、溶融軸部を有する合成樹脂製の接合部品と、前記溶融軸部が挿通される挿通孔が形成された被接合部品とを前記挿通孔に挿通した前記溶融軸部を超音波振動によって溶融させて接合される接合体であって、前記接合部品と前記被接合部品とは、互いに接合される面の前記溶融軸部と異なる位置に、互いに嵌合して当該接合部品と当該被接合部品とを位置決めする位置決め部を少なくとも二箇所有することを特徴とする。
また、請求項２に係る接合体は、上記の発明において、前記各位置決め部は、一方が前記接合部品に設けられ、他方が前記被接合部品に設けられる凸部と嵌合孔とであることを特徴とする。
また、請求項３に係る接合体は、上記の発明において、前記凸部と前記嵌合孔とを嵌合させたときに、前記挿通孔と前記溶融軸部との間に形成され、前記挿通孔と前記溶融軸部との接触を遮断する隙間が前記凸部と前記嵌合孔との間に形成される隙間よりも大きくなるように、前記挿通孔と前記溶融軸部の直径が設定されていることを特徴とする。
また、請求項４に係る接合体は、上記の発明において、前記凸部は、前記接合部品又は前記被接合部品をベース冶具の位置決め部に位置決めする位置決め孔を有し、前記凸部、前記嵌合孔及び前記位置決め孔は、前記凸部と前記嵌合孔とを嵌合させた前記接合部品と前記被接合部品とを前記ベース冶具の位置決め部に位置決めさせた際に同一の軸上に位置決めされることを特徴とする。
また、請求項５に係る接合体は、上記の発明において、前記接合部品は、当該接合部品を前記ベース冶具の位置決め部に位置決めする位置決め孔を有し、前記凸部は、前記位置決め孔よりも前記溶融軸部に近い位置に設けられていることを特徴とする。
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項６に係る接合方法は、溶融軸部を有する合成樹脂製の接合部品と、前記溶融軸部が挿通される挿通孔が形成された被接合部品とを前記挿通孔に挿通した前記溶融軸部を超音波振動によって溶融させて接合する接合方法であって、前記溶融軸部を、前記接合部品の挿通孔に挿通すると共に、前記溶融軸部及び前記挿通孔と位置の異なる位置決め手段によって前記接合部品と前記被接合部品とを位置決めする工程と、前記位置決め手段を介して前記接合部品をベース冶具の位置決め部に位置決めする工程と、を含み、前記接合部品と前記被接合部品とを位置決めすると共に、前記挿通孔と前記溶融軸部との間に前記挿通孔と前記溶融軸部との接触を遮断する隙間を形成して前記接合部品と前記被接合部品とを接合することを特徴とする。
本発明にかかる接合体および接合方法は、接合部品と被接合部品とを位置決めする位置決め部を少なくとも二箇所に設けたので、接合部品と被接合部品とを位置決めする部分と、接合部品と被接合部品とを接合する部分とが分離され、接合部品と被接合部品との位置決め精度に優れ、溶融軸部と挿通孔との接触を遮断するのに十分な隙間を確保することにより、接合後における接合部品の軸部への応力集中を回避することができるという効果を奏する。
以下、本発明の接合体および接合方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の接合体を示す斜視図である。
接合体１０は、図１に示すように、接合部品１１と被接合部品１２が、接合部品１１の溶融軸部１１ｃを溶融し、溶融軸部１１ｃの頭部を押し潰すことにより接合されている。
接合部品１１は、合成樹脂から成形され、図１に示すように、本体１１ａの両側に短い脚１１ｂが設けられ、本体１１ａの上面には、中央に溶融軸部１１ｃ（図２参照）が、溶融軸部１１ｃの両側に凸部１１ｄ，１１ｅ（図２参照）が、それぞれ設けられている。凸部１１ｄは、凸部１１ｅよりも直径が大きく成形され、中央には位置決め孔１１ｆが設けられている。凸部１１ｄ，１１ｅは、嵌合孔１２ｄ，１２ｅと嵌合したときに重合部１２ａから僅かに突出する長さに設定されている。また、接合部品１１は、凸部１１ｅから脚１１ｂ側に変位した位置に位置決め孔１１ｇが設けられている。
被接合部品１２は、合成樹脂製の重合部１２ａと金属製の本体１２ｂを有している。重合部１２ａは、接合部品１１に重ね合わせられる部分で、中央に挿通孔１２ｃが形成されている。また、重合部１２ａは、挿通孔１２ｃの両側の凸部１１ｄ，１１ｅと対応する位置に嵌合孔１２ｄ，１２ｅが設けられ、位置決め孔１１ｇと対応する位置に係合孔１２ｆが設けられている。ここで、嵌合孔１２ｄ，１２ｅは、凸部１１ｄ，１１ｅと嵌合することによって接合部品１１と被接合部品１２とを位置決めする位置決め部であり、少なくとも二箇所に設けられていればよい。
接合体１０は、接合部品１１と被接合部品１２とを以下のように接合して構成される。先ず、接合部品１１をベース治具に配置する。このとき、接合部品１１は、図２に示すように、ベース治具１３に形成した溝状の配置部１３ａに配置する。ここで、配置部１３ａは、位置決め孔１１ｆと係合する位置決めピン１３ｂと、位置決め孔１１ｇと係合する位置決めピン１３ｃが設けられ、位置決めピン１３ｂ，１３ｃによって、接合部品１１をベース治具１３に対して位置決めする。
次に、ベース治具１３に配置した接合部品１１の上方から、被接合部品１２の重合部１２ａを重ね合わせ、溶融軸部１１ｃに挿通孔１２ｃを挿通させると共に、嵌合孔１２ｄ，１２ｅに凸部１１ｄ，１１ｅを嵌合する（図３参照）。これにより、被接合部品１２が、接合部品１１に対して位置決めされる。このとき、被接合部品１２は、２箇所の嵌合孔１２ｄ，１２ｅに凸部１１ｄ，１１ｅがそれぞれ嵌合され、２箇所で接合部品１１に対して位置決めされるので、溶融軸部１１ｃ廻りの回転が規制される。また、接合部品１１は、凸部１１ｄ，１１ｅが被接合部品１２の嵌合孔１２ｄ，１２ｅから僅かに突出する。
次いで、図４及び図５に示すように、嵌合孔１２ｄ，１２ｅから僅かに突出している凸部１１ｄ，１１ｅのそれぞれに上方から突起１５ａ，１５ｂを当接させ、接合部品１１を押え治具１５によってベース治具１３に押圧する。これにより、接合部品１１は、被接合部品１２を位置決めした状態で、押え治具１５によってベース治具１３に保持される。
この状態で、超音波ホーン１６を上方から溶融軸部１１ｃに押し付けて超音波振動を付与する。これにより、図５に示すように、溶融軸部１１ｃを溶融し、溶融軸部１１ｃの頭部を超音波ホーン１６によって挿通孔１２ｃの直径以上に押し潰すことにより（図６参照）、接合部品１１と被接合部品１２とを接合して接合体１０とする。
このとき、接合部品１１と被接合部品１２は、凸部１１ｄ，１１ｅと嵌合孔１２ｄ，１２ｅとを嵌合させることによって互いに位置決めされる。このため、被接合部品１２は、嵌合孔１２ｄ，１２ｅを高精度に形成して凸部１１ｄ，１１ｅとの隙間を小さくする必要がある。これに対し、挿通孔１２ｃは、溶融軸部１１ｃを挿通し、溶融した溶融軸部１１ｃの頭部を押し潰して係合させればよい。このため、本発明の接合体および接合方法によれば、溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとは、図５に示すように、接合部品１１と被接合部品１２との接合後に溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとの接触を遮断する隙間が生じる直径に設定する。即ち、溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとは、図５に示すように、溶融軸部１１ｃとの間の隙間Ｃ1が嵌合孔１２ｄと凸部１１ｄとの間の隙間Ｃ2よりも大きくなるように直径を設定する（Ｃ1＞Ｃ2）。このとき、溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとの間の隙間Ｃ1は、嵌合孔１２ｄと凸部１１ｄとの間の隙間Ｃ2の５〜１５倍、より好ましくは、７〜１２倍、最も好ましくは８〜１０倍とする。溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとの間の隙間Ｃ1は、嵌合孔１２ｄと凸部１１ｄとの間の隙間Ｃ2の５倍よりも小さくなると、超音波ホーン１６によって溶融軸部１１ｃを溶融したときに、溶融軸部１１ｃが挿通孔１２ｃに当接してしまうという不具合がある。一方、溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとの間の隙間Ｃ1は、嵌合孔１２ｄと凸部１１ｄとの間の隙間Ｃ2の１５倍を超えると、挿通孔１２ｃの直径以上に押し潰す溶融軸部１１ｃの長さが長くなり、接合作業に時間がかかるという不具合がある。
従って、本発明の接合体１０および接合方法は、接合部品１１と被接合部品１２との接合に際し、超音波振動を付与することによって溶融軸部１１ｃが溶融して軟化しても、凸部１１ｄ，１１ｅと嵌合孔１２ｄ，１２ｅとの嵌合によって互いに位置決めされていることから接合部品１１と被接合部品１２との位置が変化することはない。このため、接合部品１１と被接合部品１２は、溶融によって溶融軸部１１ｃの直径が増加したとしても、溶融軸部１１ｃと挿通孔１２ｃとの間に互いの接触を遮断するのに十分な隙間を保持した状態で接合される。この結果、本発明の接合体１０および接合方法は、接合部品１１と被接合部品１２との接合後の使用に際し、溶融軸部１１ｃに重合部１２ａから応力が作用せず、溶融軸部１１ｃに応力に起因したクラックが発生することはない。従って、本発明の接合体１０および接合方法は、長期に亘って高い信頼性の下に使用することができる。
また、本発明の接合体１０および接合方法は、図５に示すように、位置決め孔１２ｄに嵌合した凸部１１ｄの位置決め孔１１ｆにベース治具１３の位置決めピン１３ｂが係合し、位置決めピン１３ｂ、位置決め孔１１ｆ及び位置決め孔１２ｄが同一の軸Ａ上に位置決めされる。このため、接合体１０は、接合部品１１と被接合部品１２が位置決めピン１３ｂを基準として寸法を管理され、凸部１１ｄ，１１ｅと嵌合孔１２ｄ，１２ｅとの間のずれが小さくなり、位置決め精度が向上するという効果を奏する。
さらに、本発明の接合体１０および接合方法は、接合部品１１を押え治具１５によってベース治具１３に直接押圧した状態で、超音波ホーン１６を上方から溶融軸部１１ｃに押し付けて超音波振動を付与することにより、接合部品１１と被接合部品１２とを接合している。このため、被接合部品１２は、溶融軸部１１ｃに付与される超音波振動が接合部品１１から伝わることがない。これに対して、従来の接合体は、図１１に矢印で示すように、押え治具４は、被接合部品３を介して接合部品２をベース治具１に押圧しており、接合部品２と被接合部品３とが密着している。このため、従来の接合体は、軸部２ａに付与される超音波振動が接合部品２から被接合部品３に伝播してしまい、軸部２ａに付与した超音波振動のエネルギーロスが生じ、軸部２ａの溶融が不十分となって接合が不安定になり、被接合部品３が金属部分や電子部品を搭載した基板を含む場合には、金属部分や前記基板が共振して被接合部品３や電子部品が損傷してしまうことがあった。
このように、本発明の接合体１０は、超音波ホーン１６によって溶融軸部１１ｃに付与される超音波振動が接合部品１１から被接合部品１２に伝わることがない。このため、接合体１０は、従来の接合体と比べると、溶融軸部１１ｃが十分に溶融した状態で接合部品１１と被接合部品１２が接合されるので、安定して接合することが可能になるうえ、被接合部品１２が金属部分や電子部品を搭載した基板を含む場合に、溶融軸部１１ｃに超音波振動を付与しても、被接合部品１２や電子部品が超音波振動によって損傷することはない。
ここで、本発明の接合体および接合方法は、押え治具１５の突起１５ａ，１５ｂによって凸部１１ｄ，１１ｅを押圧し、接合部品１１を支持部品１３に保持した。そして、溶融軸部１１ｃに超音波振動を付与して溶融軸部１１ｃを溶融し、溶融軸部１１ｃの頭部を挿通孔１２ｃの直径以上に押し潰すことにより、接合部品１１と被接合部品１２とを接合した。このとき、接合部品１１は、押え治具１５によって押圧する凸部１１ｄ，１１ｅが、溶融軸部１１ｃに近い方が押圧状態が安定し、超音波ホーン１６によって安定して接合することが可能になる。
このため、接合部品１１は、図７に示すように、凸部１１ｄ，１１ｅを位置決め孔１１ｇ，１１ｈよりも溶融軸部１１ｃに近い位置に設けることが好ましい。このとき、接合部品１１と被接合部品１２は、位置決めピン１３ｂを位置決め孔１１ｈ，１２ｇに係合させると共に、位置決めピン１３ｃを位置決め孔１１ｇ，１２ｆに係合させることよって位置決めする。
尚、上述の実施の形態においては、接合部品１１は、凸部１１ｄ，１１ｅの長さを嵌合孔１２ｄ，１２ｅと係合したときに重合部１２ａから僅かに突出する長さに設定した。しかし、接合部品１１は、凸部１１ｄ，１１ｅを押え治具１５の突起１５ａ，１５ｂによって押圧することができれば、必ずしも重合部１２ａから僅かに突出する長さに設定する必要はない。
また、接合部品１１は、位置決め部を凸部１１ｄ，１１ｅとし、被接合部品１２は、凸部１１ｄ，１１ｅと係合して被接合部品１２を接合部品１１に対して位置決めする嵌合部を嵌合孔１２ｄ，１２ｅとした。しかし、溶融軸部１１ｃに超音波振動を付与した際に、接合部品１１が動かないように押え治具１５によって押圧することができれば、接合部品１１は、位置決め部を位置決め孔とし、被接合部品１２は、嵌合部を凸部としてもよい。このとき、被接合部品１２は、凸部にベース治具１３の位置決めピン１３ｂ，１３ｃと係合する係合孔を設ける。また、接合部品１１は、位置決め孔１１ｆ，１１ｇを位置決めピン１３ｂ，１３ｃと係合させることによってベース治具１３に位置決めした。しかし、ベース治具１３に位置決め凹部を設け、接合部品１１に位置決め凹部と係合する係合凸部を設けてもよい。
本発明の接合体に係る実施の形態を示す斜視図である。 本発明の接合体と接合方法を説明する図であり、支持部品の配置部と、支持部品に対する接合部品と被接合部品の配置を示す斜視図である。 溶融軸部を、接合部品の挿通孔に挿通すると共に、位置決め手段によって接合部品と被接合部品とを位置決めする工程を示す図２の斜視図である。 位置決め手段を介して接合部品を所定位置に位置決めする工程を示す図２の斜視図である。 本発明の接合体と接合方法を説明する図であり、支持部品に接合部品と被接合部品とを配置した状態を押え治具及び超音波ホーンと共に示した断面図である。 溶融軸部を溶融して頭部を押し潰すことにより接合部品と被接合部品とを接合した断面図である。 本発明の接合体の変形例を示す断面図である。 従来の接合体と接合方法を説明する図であり、支持部品の配置部と、支持部品に対する接合部品と被接合部品の配置を示す斜視図である。 溶融軸部を接合部品の挿通孔に挿通して位置決めする工程を示す図８の斜視図である。 接合部品を押え治具で支持部品に保持した状態を超音波ホーンと共に示す図８の斜視図である。 接合部品の軸部を溶融し、軸部の頭部を潰すことにより、接合部品と被接合部品とを接合する工程を示す断面図である。
符号の説明
１０ 接合体
１１ 接合部品
１１ａ 本体
１１ｂ 脚
１１ｃ 溶融軸部
１１ｄ，１１ｅ 凸部
１１ｆ 位置決め孔
１１ｇ，１１ｈ 位置決め孔
１２ 被接合部品
１２ａ 重合部
１２ｂ 本体
１２ｃ 挿通孔
１２ｄ，１２ｅ 嵌合孔
１２ｆ 係合孔
１３ ベース治具
１３ａ 配置部
１３ｂ，１３ｃ 位置決めピン

Claims (6)

  1. 溶融軸部を有する合成樹脂製の接合部品と、前記溶融軸部が挿通される挿通孔が形成された被接合部品とを前記挿通孔に挿通した前記溶融軸部を超音波振動によって溶融させて接合される接合体であって、
    前記接合部品と前記被接合部品とは、互いに接合される部分の前記溶融軸部と異なる位置に、互いに嵌合して当該接合部品と当該被接合部品とを位置決めする位置決め部を少なくとも二箇所有することを特徴とする接合体。
  2. 前記各位置決め部は、一方が前記接合部品に設けられ、他方が前記被接合部品に設けられる凸部と嵌合孔とであることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
  3. 前記挿通孔と前記溶融軸部とは、前記凸部と前記嵌合孔とを嵌合させたときに、前記挿通孔と前記溶融軸部との間に形成され、前記挿通孔と前記溶融軸部との接触を遮断する隙間が前記凸部と前記嵌合孔との間に形成される隙間よりも大きくなるように、前記挿通孔と前記溶融軸部の直径が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の接合体。
  4. 前記凸部は、前記接合部品又は前記被接合部品をベース冶具の位置決め部に位置決めする位置決め孔を有し、
    前記凸部、前記嵌合孔及び前記位置決め孔は、前記凸部と前記嵌合孔とを嵌合させた前記接合部品と前記被接合部品とを前記ベース冶具の位置決め部に位置決めさせた際に同一の軸上に位置決めされることを特徴とする請求項２又は３に記載の接合体。
  5. 前記接合部品は、当該接合部品を前記ベース冶具の位置決め部に位置決めする位置決め孔を有し、
    前記凸部は、前記位置決め孔よりも前記溶融軸部に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の接合体。
  6. 溶融軸部を有する合成樹脂製の接合部品と、前記溶融軸部が挿通される挿通孔が形成された被接合部品とを前記挿通孔に挿通した前記溶融軸部を超音波振動によって溶融させて接合する接合方法であって、
    前記溶融軸部を、前記接合部品の挿通孔に挿通すると共に、前記溶融軸部及び前記挿通孔と位置の異なる位置決め手段によって前記接合部品と前記被接合部品とを位置決めする工程と、
    前記位置決め手段を介して前記接合部品をベース冶具の位置決め部に位置決めする工程と、
    を含み、
    前記接合部品と前記被接合部品とを位置決めすると共に、前記挿通孔と前記溶融軸部との間に前記挿通孔と前記溶融軸部との接触を遮断する隙間を形成して前記接合部品と前記被接合部品とを接合することを特徴とする接合方法。
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