熱カシメ留め部の構造及びその熱カシメ留め方法

【課題】熱カシメ留めにおいて、溶着チップの強度に影響せず、かつ、溶着チップの外部に漏れ出した余剰樹脂（バリ）がカシメ留め部から離脱しない熱カシメ留め構造及びそのカシメ留め方法を提供する。
【解決手段】被固定物１０に穿設された熱カシメ留め用の固定穴１１の周囲に複数の小穴１２または切り欠き１３を穿設することにより、溶着チップ３０の凹部３６と溶着チップ３０の外部とが連通された余剰溶融樹脂迂回誘導流路１２を形成する。
その結果、カシメ留め部３８と余剰樹脂３７である環状体５０とが小穴１２の効果にて繋がっているため、ここを通って余剰溶融樹脂は外に流出し、溶着ボス２１側と一体となって固化することから、従来の熱カシメのように余剰樹脂３７がバリとなって不安定に形成されることがなく、その結果、バリがカシメ部から離脱して製品内に異物となって散在したりするのを防止できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂成形品へ被固定物を固定する際、熱可塑性樹脂成形品の一部に溶着ボスと称される溶着又は変形部を予め形成しておき、この溶着ボスを被固定物側の固定孔内に通してその先端を固定孔内から突き出し、この突き出した先端側を熱で溶融又は変形することにより、熱可塑性樹脂成形品に被固定物をカシメ留めする熱カシメ留め部の構造及びその熱カシメ留め方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂で成形された成形品に被固定物を固定する方法として、まず、成形品に一体成形された溶着ボスを被固定物側に形成された固定孔に通す。
次に、この固定孔から突き出た溶着ボスの先端側を電熱式溶着チップ（以下「溶着チップ」と称する）を押し当てて溶着チップの先端に形成された凹部へ溶融樹脂を充満させ、さらに冷却することにより、固定孔より大きいきのこの傘のようなカシメ留め部を形成し、このカシメ留め部により被固定物を成形品にカシメ留め（固定）するという熱カシメ留め方法が知られている。
【０００３】
しかし、被固定物の肉厚にバラツキがある場合、例えば、電気部品を実装するプリント基板では、生産ロットによりプリント基板の肉厚が異なる場合がある。
図１６、図１７にその事例を示す。図１６は設定通りにカシメ部２が形成された断面図、図１７は、溶融樹脂が溶着チップ７外に流出した場合の断面図である。
【０００４】
例えば、プリント基板１の肉厚が薄い場合、成形品３に一体成形された溶着ボス４が固定穴５から突き出る溶着ボス４が長い（高い）ため溶融する樹脂量が多くなり、溶着チップ７の凹部内に収容しきれなくなって、溶着チップ７の先端から図１７（ａ）に示す様に溶着チップの外に流出してしまう場合がある。流出した樹脂は通称バリ６と呼ばれているものであり、製品に組み込まれた時、このバリ６が図１７（ｂ）に示す様にかしめ部２から離脱し、組み込んだ製品内に混入する不都合を生じさせる。
また、漏れ出した溶融樹脂が溶着チップ７の外側側面に付着し、その結果、溶着チップ７が汚れる原因でカシメ留め品質に悪影響を与える場合がある。
【０００５】
そこで、バリを発生させない接合方法として、特開２００４−２６２０４１号公報には超音波接合方法が紹介されている。
それは、超音波溶着用ホーンの先端部分に切欠きが形成されるとともに、超音波溶着時に生じる溶着用突部先端部分の余剰樹脂が前記切欠きを通して超音波溶着用ホーン対向側のトリムメンバーの裏面に誘導することを特徴とする樹脂部品の超音波接合方法である。
【０００６】
しかし、超音波溶着用ホーンの先端部分に切欠きが形成されると、先端部分の強度が低下し、高価な超音波溶着ホーンの寿命に悪影響を及ぼす場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２６２０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記公知例が持つ欠点を解消するのが目的であって、その目的は、熱カシメ留めにおいて、溶着チップ（超音波溶着ホーン）の強度に影響せず、かつ、溶着チップの外部に漏れ出した余剰樹脂（バリ）がカシメ留め部から離脱しない熱カシメ留め部の構造及びそのカシメ留め方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、樹脂基材に溶着ボスを突設し、この溶着ボスを被固定物側に形成した固定孔内に通して溶着ボスの先端を固定孔内から突出させ、この突出した溶着ボスの先端に溶着チップの先端面に形成した凹状の当接面を押し当てて溶着ボスが固定孔から突き出た部分を加熱溶融し、固定孔の直径より大きい直径を持つカシメ部を形成することにより樹脂基材に被固定物を固定するカシメ留め部構造において、前記被固定物における固定穴の周囲であって、溶着チップを押し当ててその凹状当接面の周壁の先端が被固定物に当接したときに、その先端を迂回するように余剰溶接樹脂が前記周壁の外に流出して溶着ボスのカシメ部と一体に固化する余剰溶融樹脂の迂回誘導流路部を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、溶着チップが溶着ボスを溶融し続け、最終的に溶着チップの周壁の先端が被固定物の表面に当接したとき、余剰溶融樹脂を迂回流路部を経由して溶着チップの周壁の外に流出させ、この流出した余剰溶融樹脂をカシメ留め部と一緒に冷却固化させることができる。
【００１１】
更に請求項２記載の発明においては、請求項１記載の熱カシメ部構造において、前記溶融樹脂迂回誘導流路部は前記固定穴の周囲に断続的に形成された穴又は溝形状であることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明によれば、簡単な加工技術により余剰溶融樹脂の迂回誘導流路部を形成することができる。
【００１３】
更に請求項３記載の発明においては、請求項１及び請求項２に記載の前記熱カシメ留め構造を有する前記被固定物を樹脂製の基材に熱カシメ留めする際、前記基材に突設された溶着ボスを前記固定穴に通した後、前記溶着チップを前記溶着ボスに押し当てながら溶着ボスを溶融させ、更に、溶融した樹脂であって、溶着ボスの凹状当接面の周囲に形成された周壁で囲まれた空間からはみ出した余剰の樹脂を前記余剰樹脂迂回誘導流路部を経由して前記溶着チップの先端に形成された周壁の先端から外に流出させて溶着ボスのカシメ部と一体に固化させることにより余剰樹脂を処理する熱カシメ留め方法である。
【００１４】
この発明によれば、溶着チップの熱で溶融した溶着ボスの溶融樹脂は、迂回誘導流路部を経由して溶着チップの先端から外に流出し、カシメ留め部と一体となって冷却固化するため、従来のように薄いバリとは異なり確実にカシメ留め部と連結し、カシメ部から容易に離脱して製品内に異物となって散在したりすることがない。
また、被固定物は、迂回誘導流路部内で固化した余剰溶融樹脂の作用で溶着ボスに固定されていることから、特に溶着ボスが１本の場合に、被固定物が溶着ボスを中心に回転するのを阻止することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、以上説明したように、溶着チップの当接面からはみ出した余剰の溶融樹脂を、カシメ留め部と一体に固化させているため、余剰樹脂がバリ等となって製品内に散在したりすることがない。
また、被固定物は、固化した余剰樹脂の作用でカシメ部と連結しているため、被固定物が溶着ボスを中心に回転しない。また、余剰樹脂が溶着チップの側面に付着することがなく、溶着チップの清掃回数を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プリント基板の平面図
【図２】実施例１における熱カシメ留め部構造の説明図
【図３】溶着チップの説明図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ−Ａ’線断面図
【図４】溶着チップの当接面と小穴との位置及び寸法関係の説明図
【図５】実施例２における熱カシメ留め部構造の説明図
【図６】実施例３の熱カシメ工程の説明図であって、カシメ直前の説明図
【図７】実施例３の熱カシメ工程の説明図であって、カシメ途中の説明図
【図８】実施例３の熱カシメ工程の説明図であって、カシメ終了時の説明図
【図９】実施例３のカシメ部の天面図
【図１０】実施例３のカシメ部のB-B´断面図
【図１１】実施例３のカシメ部のC-C´断面図
【図１２】実施例４の熱カシメ工程の説明図であって、カシメ直前の説明図
【図１３】実施例４の熱カシメ工程の説明図であって、カシメ途中の説明図
【図１４】実施例４の熱カシメ工程の説明図であって、カシメ終了時の説明図
【図１５】実施例４のカシメ部の断面図
【図１６】設定通りにカシメ部が形成された従来例における断面図
【図１７】比較例の説明図であって（ａ）はカシメ終了時の説明図、（ｂ）は余剰の樹脂が飛散している状況の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の熱カシメ留め部の構造及びその熱カシメ留め方法は、被固定物に穿設された熱カシメ留め用の固定穴の周囲に複数の小穴または切り欠き等により溶着チップの先端が被固定物に当接したときに溶着チップの内と外部とが連通される流路部を形成し、この流路部の作用で目的を達成する。
【００１８】
なお、被固定物から突き出た部分の溶着ボスの体積と溶着チップ凹部容量との関係は、溶着ボスの体積が溶着チップ凹部の容量に対し大きくしておくことが必要であり、望ましくは、溶着チップの凹部の容量に対し溶着ボスの体積は１．３〜１．５倍に設計するとよい。
【実施例１】
【００１９】
本実施例１では、請求項１に記載した熱カシメ留め部の構造を説明する。
図１は被固定物であるプリント基板１０の平面図、図２はプリント基板１０に穿設された円形の小穴１２の説明図、図３は本実施例に用いた溶着チップ３０の説明図で、図３（ａ）は当接面３１から見た斜視図、図３（ｂ）は溶着チップ３０を当接面３１から見た正面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）におけるＡ−Ａ´部断面図である。
【００２０】
各図に基づいて詳細に説明すると、図１に表記した被固定物１０は電子部品を実装するプリント基板であり、樹脂製基材２０に突設された溶着ボス２１を溶融し、形成されたカシメ留め部３８を固化させて樹脂基材２０にカシメ留めするものである。プリント基板１０の厚さは１．６ｍｍである。そのプリント基板１０には、溶着ボス２１を通すための固定穴１１を４箇所穿設し、その周囲４箇所へ円形の小穴１２を穿設している。本実施例の場合、固定穴１１の直径Ｌ１は、３．８ｍｍ及び小穴Ｌ２の直径L2は２．０ｍｍである。
本実施例では、小穴１２の個数を４箇所としたが、その個数については任意に選択することができる。
３９は溶着チップの当接面の位置を示す仮想線である。
【００２１】
図３に本実施例に用いた溶着チップ３０について図示している。図３（ａ）は当接面３１からみた斜視図で、当接面３１には凹状に凹んだ溶着面３２が形成されている。溶着チップ３０の側面４４には対面する位置にスリット３３が切り込まれており、スリット３３で分断された溶着チップ３０の開口部側壁４４に電線（図示せず）を電気的に接続することにより、溶着チップ３０へ電圧を印加させ発熱させることができる。
図３（ｃ）における溶着チップ３０の先端部側壁３４の肉厚ｔは０．６ｍｍである。
【００２２】
溶着チップ３０の当接面３１と余剰溶融樹脂の迂回誘導流路を形成する小穴１２との位置及び寸法関係について、プリント基板１０へ溶着チップ３０を当接させた様子を示す図４を用いて説明する（溶着ボスは図示していない）。
【００２３】
小穴１２の位置は、小穴１２のほぼ中心に溶着チップ３０が到達するように固定穴１１の周囲に配設する。また、小穴１１の直径と溶着チップ３０の肉厚ｔの関係は、少なくとも肉厚ｔに対して小穴１２の直径寸法が大きくしないと、溶着チップ３０の凹部３６内の溶融樹脂は、溶着チップ３０の肉厚ｔと小穴１２の直径とのクリアランス４０及びクリアランス４１により小穴１２を介して外部へ流出することができない。
【００２４】
溶着チップ３０と小穴１２との各クリアランスについては、樹脂の種類(流動性)、溶着ボスの大きさ（溶融樹脂量）、溶着チップの温度、等、鑑みて選択することができる。
本実施例において、小穴１２は被固定物を貫通させたが有底としても良く、また小穴１２の形状は円形に限らず角形状であっても良い。
また、小穴１２の数は任意であるが、多過ぎると被固定物１０側の固定穴１１の強度を低下させることになるので、２個以上６個位の範囲に抑えるのが良い。
【実施例２】
【００２５】
実施例１では、熱カシメ留め部構造において、プリント基板１０に形成された小穴１２を円形の形状としたが、実施例２では、固定穴１１と連続した複数の放射状の切り欠き１３にて余剰樹脂迂回誘導流路部を形成した事例について紹介する。図５は、プリント基板１０に穿設された切り欠き１３の説明図である。
本実施例では、固定穴１１の周囲に９０度の間隔で４方向へ放射状の長穴形状である切り欠き１３を設けた。切り欠き１３の中心からの長さは、実施例１に記載されている様に、溶着チップ３０と切り欠きと１3との開口部が樹脂流動に支障のない寸法に選択する。
【実施例３】
【００２６】
実施例３では、実施例１に記載した熱カシメ留め部の構造を形成したプリント基板１０を用いて樹脂製基材２０に固定する熱カシメ留め方法を図６〜１１を基に説明する。
本実施例における小穴１２は貫通した形状を用いた。
図６は溶着チップ３０を溶着ボス３０の先端面２２に押し当てた状態を示す説明図、図７は溶着チップ３０の熱で溶着ボス２１が溶融し始めた状態を示す説明図、図８は溶融した樹脂が小穴１２を介して外部へ流動した状態を示す説明図、図９は熱カシメ工程が完了したカシメ部３８の天面図、図１０は図９におけるＢ−Ｂ´部断面図、図１１は図９におけるＣ−Ｃ´部断面図である。
【００２７】
まず、図６に示す様に、樹脂製基材（ＡＢＳ樹脂製）２０に一体成形された溶着ボス（φ３．４ｍｍ）２１をプリント基板１０に穿設された固定穴（φ３．８ｍｍ）１１に通して樹脂製基材２０の上面に乗せる。
次に、溶着チップ３０を溶着ボス２１の先端面２２に押し付け、溶着チップ３０の熱で溶着ボス２１を溶融させる。溶着チップ３０に電圧を印加して発熱させるタイミングは、発熱させてから押し付ける場合でも、押し付けてから発熱させる場合でもどちらも可能である。
溶着ボス２１を溶着チップ３０にて更に加圧しながら加熱させることにより、図７に示すように、溶着チップ３０の凹部（当接面）３６に溶融した樹脂が満たされていく。
【００２８】
加圧を続け最終的にプリント基板１０の表面に溶着チップ３０の当接面（周壁の先端）３１が当接した様子を図８に示す。
凹部３６の体積より多く溶融している余剰樹脂３７は、溶着チップ３０の当接面３１と小穴１２とのクリアランス４０（幅：０．７ｍｍ）から小穴１２内に入りこみ、小穴１２内は余剰樹脂で充填されていく。その後、小穴12内が余剰樹脂で充填されると溶着チップ３０の側面と小穴とのクリアランス４１（幅：０．７ｍｍ）から溶着チップ３０の外部へ流出する。
【００２９】
その後、溶着チップ３０を冷却させ、カシメ留め部３８から離脱させる、または、溶着チップ３０を離脱させた後、カシメ留め部３８を冷却させることにより熱カシメ工程が完了する。
以上の熱カシメ作業によりカシメ留め部３８の平面図である図９に示すように、カシメ留め部３８と繋がる余剰樹脂３７が固化して出来た余剰成形体５０が形成される。
【００３０】
図１０及び図１１にカシメ留め部３８の断面図を示す。図１０から判るように、カシメ留め部３８と余剰樹脂３７である余剰成形体５０とが小穴１２の効果にて繋がっているため、従来の熱カシメ留めのように余剰樹脂がバリとなって不安定に形成されることなく、その結果、カシメ留め部から離脱して製品内に異物として散在するようになることがない。
なお、小穴１２に余剰樹脂３７が入り込むためプリント基板（被固定物）１０が溶着ボス２１を中心に回転することを抑制する効果も得られる。
【００３１】
表１に回り止め強度を測定したデータを示す。
なお、実施例２に記載した放射状の切り欠きを形成した被固定物を用いた熱カシメ方法においては、実施例３に記載した方法と同一なので、説明を省略する。
【実施例４】
【００３２】
実施例４では、プリント基板に形成する小穴の形状として、被固定物における肉厚の約１/３のみ空隙である有底タイプを用いた熱カシメ留め方法を図１２〜１５を基に説明する。
【００３３】
図１２は溶着チップ３０を溶着ボス３０の先端面２２に押し当てた状態を示す説明図、図１３は溶着チップ３０の熱で溶着ボス２１が溶融し始めた状態を示す説明図、図１４は溶融した樹脂が小穴１２を介して外部へ流動した状態を示す説明図、図１５は熱カシメ工程が完了したカシメ部３８の断面図である。
小穴１２における底部の形状は、余剰樹脂の流動が円滑に行われる様にお椀形をしている。
【００３４】
熱カシメ留め方法について説明する。基本的に実施例３と同様であり、図１２に示す様に溶着チップ３０を溶着ボス２１の天面２２に押し当て溶着ボスを溶融する。
【００３５】
更に、図１３に示すごとく溶着チップ３０の凹部３６を溶融した樹脂で満たしながら降下し、被固定物１０の表面に当接すると凹部３６の体積より多く溶融している余剰樹脂３７は、溶着チップ３０の当接面３１と小穴１２とのクリアランス４０から小穴内に入りこみ、次に、小穴１２の底面のお椀形に沿って溶着チップ３０の側面と小穴とのクリアランス４１から溶着チップ３０の外部へ流出する（図１４）。
【００３６】
その後、溶着チップ３０を冷却させ、カシメ留め部３８から離脱させる、または、溶着チップ３０を離脱させた後、カシメ留め部３８を冷却させることにより熱カシメ工程が完了する。
以上の熱カシメ作業によりカシメ留め部３８の断面図である図１５に示すように、カシメ留め部３８と繋がる余剰樹脂３７が固化して出来た余剰成形体５０が形成される。
表１に回り止め強度を測定したデータを示す。
【００３７】
比較例１として、従来の固定穴の周囲に小穴や切り欠きを形成しないで行う熱カシメ方法を行った。
その結果、図１７（ａ）に示すごとく、カシメ留め部２の周囲に余剰樹脂であるバリ６が発生し、図１７（ｂ）の様に、バリ６が離脱して製品の中に異物として混入する不都合が生じた。
また、実施例３と同様に回り止めを測定したが、被固定物が溶着ボスを中心として容易に被固定物が回転してしまった。
【００３８】
表１に回り止め強度を測定したデータを示す。
【表１】

【符号の説明】
【００３９】
１０プリント基板
１１固定穴
１２小穴
２０基材
２１溶着ボス
３０溶着チップ
３７余剰樹脂
４０、４１クリアランス
５０余剰成形体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基材に溶着ボスを突設し、この溶着ボスを被固定物側に形成した固定孔内に通して溶着ボスの先端を固定孔内から突出させ、この突出した溶着ボスの先端に溶着チップの先端面に形成した凹状の当接面を押し当てて溶着ボスが固定孔から突き出た部分を加熱溶融し、固定孔の直径より大きい直径を持つカシメ部を形成することにより樹脂基材に被固定物を固定するカシメ留め部構造において、前記被固定物における固定穴の周囲であって、溶着チップを押し当ててその凹状当接面の周壁の先端が被固定物に当接したときに、その先端を迂回するように余剰溶接樹脂が前記周壁の外に流出して溶着ボスのカシメ部と一体に固化する余剰溶融樹脂の迂回誘導流路部を形成して成る熱カシメ留め部構造。
【請求項２】
請求項１記載の熱カシメ留め構造において、前記溶融樹脂迂回誘導流路部は前記固定穴の周囲に断続的に形成された穴又は溝形状であることを特徴とする熱カシメ留め部構造。
【請求項３】
請求項１及び請求項２に記載の前記熱カシメ留め構造を有する前記被固定物を樹脂製の基材に熱カシメ留めする際、前記基材に突設された溶着ボスを前記固定穴に通した後、前記溶着チップを前記溶着ボスに押し当てながら溶着ボスを溶融させ、更に、溶融した樹脂であって、溶着ボスの凹状当接面の周囲に形成された周壁で囲まれた空間からはみ出した余剰の樹脂を前記余剰樹脂迂回誘導流路部を経由して前記溶着チップの先端に形成された周壁の先端から外に流出させて溶着ボスのカシメ部と一体に固化させることにより余剰樹脂を処理する熱カシメ留め方法。

【図１】