JP2003245976A - 熱可塑性樹脂で成形されたプラスチック成形品の溶融固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【技術課題】 熱可塑性樹脂で成形された成形品の一部
に一体成形された変形部を、電圧を印加することにより
発熱する抵抗発熱体を用いて熱変形させることにより被
固定物を固定させる熱可塑性樹脂で成形されたプラスチ
ック成形品用溶融固定方法において、成形品の変形部を
軟化溶融するため高くなった抵抗発熱体の温度を短時間
で冷却しさらに常温に戻すことが可能なプラスチック成
形用溶融固定方法を提供する。 【解決手段】 抵抗発熱体１０へ設定時間電圧印加した
後、電圧印加を停止すると共に、２酸化炭素２と圧縮空
気３を同時に抵抗発熱体へ吹きかけて冷却する。設定時
間経過後２酸化炭素を止め圧縮空気のみ吹きかける。ま
たは、電圧印加を停止した後、２酸化炭素を吹きかけて
設定時間経過後２酸化炭素を止めると共に圧縮空気を抵
抗発熱体へ吹きかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂で成
形された成形品側に形成した変形部を被固定物側に形成
した固定孔へ挿入し、この固定孔から突き出た変形部の
先端側を加熱溶融し、加圧して変形させることにより、
固定孔より直径が大きい膨大部を形成して被固定物を前
記成形品に固定する、又は、変形部を加熱軟化させて被
固定物の一部に被せることにより被固定物を前記成形品
に固定するプラスチック成形品用溶融固定方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に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、先ず、成形品に一
体成形された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ボスの先端側を加熱
溶融して固定孔より大きい膨大部を形成し、この膨大部
により被固定物を成形品に固定する方法がある。

【０００３】前記の様な固定方法を行う固定装置の１例
として、特許第１７３５１０９号にはプラスチック用溶
着装置が開示されている。この装置は、電気抵抗によっ
て発熱する抵抗発熱体と、給電するための一対の電線
と、抵抗発熱体に内部から冷却用エアーを吹きかけるた
めのノズルと、抵抗発熱体にはノズルからの冷却用エア
ーを外部に逃がすためのスリットを形成した構成から成
るものである。

【０００４】前記プラスチック用溶着装置を使用する溶
着方法は、抵抗発熱体を接合部の一部へ押圧しながら、
ボスを加熱して膨大部を形成し、その後、押しつけたま
ま抵抗発熱体に冷却用エアーを内部より吹きかけるた
め、急速に膨大部が冷却され、硬化し溶着作業が完了す
る。

【０００５】以上の手順によると、被固定物を固定する
成形品に押し付けながら冷却することから、被固定物と
成形品が密着した状態を保ちつつ、膨大部が冷却するの
で溶着部分に隙間が発生せず、溶着によるガタつきの無
い安定した品質の固定物が得られる。また、他の固定方
法として、変形部を溶融せず加熱軟化させて被固定物の
一部に被せることにより被固定物を前記成形品に固定す
る固定方法もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、抵抗発熱体に
電圧を印加して発熱（ジュール熱）させる方法は、常に
等しい発熱量を得るため抵抗発熱体の抵抗値を一定にす
ることが必要である。つまり、抵抗発熱体の抵抗値は抵
抗発熱体の温度に抵抗値が依存するため、前固定作業が
終了した後次の固定作業においては抵抗発熱体の温度が
前作業で一旦高くなっていることから、固定強度を安定
させるためには、規定の温度へ降下するまで電圧を印加
することができなく待つことになる。したがって、固定
作業の時間短縮を図る場合この冷却時間が支障となり作
業時間の短縮を得ることができなかった。特に１０秒な
どの様に非常に短いタクトタイムで生産する場合冷却時
間が大きく影響していた。上記の欠点を解決するため、
成形品の変形部を軟化溶融するため高くなった抵抗発熱
体の温度を短時間で冷却し、さらに規定の温度へ戻すこ
とが可能なプラスチック成形用溶融固定方法を提供する
のが本発明の目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、請求項１記載の熱可塑性樹脂で成形された成形品
の一部に一体成形された変形部を、電圧を印加すること
により発熱する抵抗発熱体を用いて熱変形させることに
より被固定物を固定させる熱可塑性樹脂で成形されたプ
ラスチック成形品の溶融固定方法において、（ａ）変形
部へ抵抗発熱体を適宜な力で押しつける準備工程、
（ｂ）抵抗発熱体へ電圧を印加して発熱させ変形部を溶
融又は軟化させる加熱工程、（ｃ）電圧印加を止め抵抗
発熱体の内部に２酸化炭素と圧縮空気を同時に吹き付け
て冷却させ溶融又は軟化した前期変形部を固化させる冷
却固化工程、（ｄ）２酸化炭素の吹き付けを止めた後、
圧縮空気のみ抵抗発熱体の内部に吹き付けて抵抗発熱体
の温度を規定の温度に戻す復帰工程、（ｅ）抵抗発熱体
を変形部から離脱する離脱工程、からなることを特徴と
するものである。

【０００８】更に、請求項２に記載の発明においては、
熱可塑性樹脂で成形されたプラスチック成形品の溶融固
定方法において、圧縮空気の吹き付けは、２酸化炭素と
同時又は一定時間遅れて吹き付けることを特徴とするも
のである。

【０００９】更に、請求項３記載の発明においては、熱
可塑性樹脂で成形された成形品の一部に一体成形された
変形部を、電圧を印加することにより発熱する抵抗発熱
体を用いて熱変形させることにより被固定物を固定させ
る熱可塑性樹脂で成形されたプラスチック成形品の溶融
固定方法において、（ａ）変形部へ抵抗発熱体を適宜な
力で押しつける準備工程、（ｂ）抵抗発熱体へ電圧を印
加して発熱させ変形部を溶融又は軟化させる加熱工程、
（ｃ）電圧印加を止め抵抗発熱体の内部に２酸化炭素を
吹き付けて冷却させ溶融又は軟化した前期変形部を固化
させる冷却固化工程、（ｄ）２酸化炭素の吹き付けを止
めた後、圧縮空気を抵抗発熱体の内部に吹き付けて抵抗
発熱体の温度を加熱工程前の規定の温度に戻す復帰工
程、（ｅ）抵抗発熱体を変形部から離脱する離脱工程、
からなることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】流体を用いて抵抗発熱体の冷却を行うメカニズ
ムは、抵抗発熱体の表面からの熱エネルギーを速やかに
運び取り去ることが必要である。したがって、熱を奪い
取る流体（２酸化炭素、圧縮空気等）の流速及び温度に
冷却速度は依存することが考えられる。本発明では、２
酸化炭素単独で吹き付ける場合と２酸化炭素と圧縮空気
を混合して吹き付ける場合とがある。２酸化炭素単独の
場合は混合吹きかけより上記の理由により、流速を得る
ため比較的多くの２酸化炭素が必要となる。

【００１１】以下、本発明の作用について説明する。請
求項１及び２に記載されたプラスチック成形品用溶融固
定方法は、まず、準備工程として、抵抗発熱体を成形品
へ一体成形された変形部に適宜な力で溶融固定装置を押
しつける。次に、前記の押し圧を維持しながら抵抗発熱
体へ電圧を印加する事によりジュール熱で抵抗発熱体が
急速に発熱し、その熱で変形部を溶融させて膨大部を形
成したり又は軟化させて変形部の一部である挟持部を被
固定物へ被せる加熱工程を行う。

【００１２】設定時間経過後、抵抗発熱体を押しつけた
状態を維持しながら抵抗発熱体への電圧印加を止めると
共に、抵抗発熱体の内部に２酸化炭素と圧縮空気を同時
に又は圧縮空気側を少し遅らせて吹き付ける。２酸化炭
素の冷熱と気化熱効果により、従来、圧縮空気で冷却し
ているより急速に抵抗発熱体を冷却させることができ
る。また、同時に吹き出すことにより流速が高まる。そ
の結果、抵抗発熱体が短時間で冷却され、さらに、抵抗
発熱体を押しつけて冷却固化させるため膨大部や挟持部
などが被固定物と密着して固定される（冷却固化工
程）。

【００１３】２酸化炭素の吹き付けを止めた後、圧縮空
気のみ抵抗発熱体の内部に吹き付けたことにより規定温
度以下に降下した抵抗発熱体の温度を加熱工程前の規定
温度に戻すことができる（復帰工程）。例えば、２酸化
炭素を停止した後圧縮空気を吹き付けないと、次の固定
作業時に抵抗発熱体が規定温度より低い温度であるた
め、その分加熱時間を多くする必要があり、効率的に良
くない。また、低い温度であるため結露する場合があ
り、圧縮空気を吹き付けて水滴を吹き飛ばすことにより
その結露の影響を防ぎ溶着条件のばらつきを押さえる効
果がある。因に、２酸化炭素の吹き出し温度は−６０℃
〜−７０℃である。但し、この温度は一例であって、限
定的ではない。

【００１４】前記の復帰工程後、抵抗発熱体を変形部か
ら離脱し、被固定物が固定された成形品を得ることがで
きる（離脱工程）。請求項２に記載されたプラスチック
成形品用溶融固定方法については、請求項２では２酸化
炭素と圧縮空気を同時に抵抗発熱体へ吹き付けていた
が、本冷却方法では、まず、２酸化炭素のみ吹き付け、
その後、２酸化炭素を止めると共に圧縮空気を吹き付け
ることにある。

【００１５】

【発明の実施の形態】各図に基づいて請求項及び請求項
２に係る熱可塑性樹脂で成形されたプラスチック成形品
の溶融固定方法について説明する。

【００１６】

【実施例１】まず、請求項１に記載した溶融固定方法の
用いる溶着固定装置１について説明する。図１（ａ）は
本発明の溶着固定装置１の中心をなす円筒状の抵抗発熱
体１０の側面図、図１（ｂ）は抵抗発熱１０体の正面
図、図２は抵抗発熱体１０の断面図、図３は溶着固定装
置１の部品配置斜視図、図４は抵抗発熱体１０に各部品
を取り付けた組立斜視図、図５は組立完成した溶着固定
装置１の斜視図、図６は組立完成した溶着固定装置１の
断面図である。

【００１７】本実施例に用いる抵抗発熱体１０について
図１，図２により説明する。抵抗発熱体１０は本実施例
の場合ステンレス鋼を切削加工によって形成され、全体
的に一方が開口した直径が１８mmの円筒形状で、正面側
には扁平な当接面１１が形成されている。当接面１１の
周囲には抵抗発熱体１０の外側側面の一部である周壁１
２を周設しており、膨大部の形状を当接面１１と周壁１
２にて形成することができる。

【００１８】抵抗発熱体１０において、当接面１１の後
方側面には、冷却用流体（２酸化炭素、圧縮空気）を外
部に逃がすためのスリット１３を相対するように２カ所
設け、当接面１１付近では排気効率を高めるためにスリ
ット１３をさらに大きく開口したスリット拡大部１４を
形成した。抵抗発熱体１０内部には、わずかに開口部１
６方向の内径が大きくなる段部１５を設け絶縁管２０の
挿入位置決めとした。

【００１９】図３は、溶着固定装置１の部品配置図であ
る。抵抗発熱体１０についてはすでに説明した。２０
は、セラミック製である支持部材の絶縁管である。軸方
向に圧縮空気用パイプ３０を挿入する挿入孔Ａ２１と２
酸化炭素用パイプ３１を挿入する挿入孔Ｂ２２が貫通さ
れている。４０はスリット１３で分割された抵抗発熱体
１０の側面に溶接等にて接続される電線である。なお、
圧縮空気用パイプ３０の内径は２mm、２酸化炭素用パイ
プ３１の内径は０．５mmを用いている。

【００２０】組立方法を図４、図５を用いて説明する。
まず、当接面１１の他端側におけるスリット１３で分割
された各の抵抗発熱体１０の両側面に、一対の電線４０
を溶接等で電気的に接続する。絶縁管２０における挿入
孔Ａ２１に圧縮空気用パイプ３０、挿入孔Ｂ２２に２酸
化炭素用パイプ３１を挿入取り付けた後、抵抗発熱体１
０の開口部１６から絶縁管２０を位置決め用の段部１５
まで挿入する。そのことにより各のパイプ及び電線４０
を抵抗発熱体１０に対して所定の位置関係を保持固定す
る役目の他に、抵抗発熱体１０にかかる外圧の影響を防
いでいる。

【００２１】前記組み込んだ後、図５に示すように耐熱
樹脂（例えば、金属粉入りエポキシ樹脂）からなるカバ
ー５０により、抵抗発熱体１０の一部、絶縁管２０、圧
縮空気用パイプ３０、２酸化炭素用パイプ３１、各電線
４０の一部を被覆固定して、本実施例の溶着固定装置１
が完成した。組立終了後の溶着固定装置１の断面図を図
６に示した。

【００２２】

【実施例２】次に、実施例１における溶着固定装置１を
用いて溶着する場合、本発明の効果を確認するため実験
を行った。溶融する樹脂の代わりに耐熱ゴム６０を用
い、耐熱ゴム６０に溶着固定装置１を押し当てて温度変
化を測定した。測定場所としては、図７に示す様に抵抗
発熱体１０内部当接面の裏側（Ａ）、抵抗発熱体１０が
当接している耐熱ゴム６０の表面（成形品の変形部の温
度を想定）（Ｂ）、耐熱ゴム６０の内部（深さ約１mm）
（成形品の内部温度を想定）（Ｃ）、周囲温度（Ｄ）の
４カ所とした。

【００２３】また溶着固定作業における各工程時間は次
に様に事前に設定した。 電圧印加スタート（ＡＣ：３４０Ａ）。（加熱工程） １次加熱（2.7秒）→加熱遮断（2.0秒）→２次加熱（0.
8秒）→加熱遮断（2.0秒）→３次加熱（0.6秒） 電圧印加を止めると同時に２酸化炭素（圧力7Mpa）２
と圧縮空気３（圧力0.5Mpa）とを抵抗発熱体１０へ吹き
付ける。（冷却固化工程） 吹き付けから８秒後２酸化炭素２のみ吹き付け停止。
（復帰工程） 吹き付けから１５秒後圧縮空気３の吹き付けを停止し
終了。 各温度測定ポイントにおける到達時間を表１に示す。ま
た温度変化を図１４に示す。

【００２４】

【実施例３】実施例３では、２酸化炭素２の吹き付けを
停止した後に圧縮空気３を吹き付ける以外は実施例２と
全く同一に行った。設定時間は次の様に事前に設定し
た。 電圧印加スタート 時間は実施例２と同一（加熱工
程）。 電圧印加を止めると同時に２酸化炭素２を抵抗発熱体
１０へ５秒間吹き付ける（冷却固化工程）。 ２酸化炭素２を停止すると共に圧縮空気３を吹き付け
る（復帰工程）。 圧縮空気３の吹き付けから５秒後吹き付けを停止し終
了。 各温度測定ポイントにおける到達時間を表１に示す。ま
た温度変化を図１５に示す。

【００２５】

【比較例１】比較例１では、冷却に圧縮空気３のみ吹き
付ける以外は実施例２と全く同一に行った。設定時間は
次に様に事前に設定した。 電圧印加スタート 時間は実施例２と同一。 電圧印加を止めると同時に圧縮空気３を吹き付ける。 圧縮空気３の吹き付けから１５秒後吹き付けを停止し
終了。 各温度測定ポイントにおける到達時間を表１に示す。ま
た温度変化を図１６に示す。

【表１】 表１に示すように本発明の溶着固定装置を用いれば樹脂
内部が５０℃に戻る時間が圧縮空気の冷却より５０％及
び３０％の時間短縮が図れることがわかる。

【００２６】

【実施例４】実施例４では、他の固定方法として、加熱
軟化させて被固定物の一部に被せることにより被固定物
を前記成形品に固定する固定方法について説明する。図
８は実施例４に用いる溶着固定装置4の部品配置斜視
図、図９は抵抗抵抗発熱体１００に各部品を取り付けた
組立斜視図、図１０は組立完成した溶着固定装置４の斜
視図、図１１は組立完成した溶着固定装置４の断面図で
ある。１００は抵抗発熱体、２００は絶縁管、１３０は
通気孔、４０は電線、３０は圧縮空気用のパイプ、３１
は２酸化炭素用のパイプである。組立方法は実施例１と
ほぼ同じで最終的にカバー５００を取り付けて完成であ
る。実施例４による溶着固定装置４を用いて溶着固定す
る対象は、熱可塑性樹脂成形品であるレンズ窓７０へレ
ンズ８０を固定することである。

【００２７】図１２、図１３に基づいて説明する。ま
ず、溶着固定における設定時間は次に様に事前に設定し
た。 電圧印加スタート（ＡＣ４Ｖ）１．２秒（加熱工
程）。 電圧印加を止めると同時に２酸化炭素２（圧力7Mpa）
と圧縮空気３（圧力0.5Mpa）とを抵抗発熱体１００へ吹
き付ける（冷却固化工程）。 吹き付けから３秒後２酸化炭素２のみ吹き付け停止
（復帰工程）。 吹き付けから７秒後圧縮空気３の吹き付けを停止し終
了。

【００２８】以上設定後、レンズ窓７０の固定用リブ７
１へ溶着固定装置４を当接させ（準備工程）抵抗発熱体
１００へ電圧を印加すると（加熱工程）、固定リブ７１
が軟化しレンズ８０への周囲に覆い被さるように変形し
レンズ８０表面に密着する。次に、電圧の印加を止め２
酸化炭素２と圧縮空気３を同時に抵抗発熱体１００の内
側に吹きかけ（冷却固化工程）、４秒後後に２酸化炭素
２、１０秒後に圧縮空気３を止める（復帰工程）と溶着
固定作業が終了した。なお、２酸化炭素２や圧縮空気３
は絶縁管２００に貫通された通気孔１３０により外部へ
排出することができる（図１３)。本実施例における溶
着固定作業時間は８．２秒であった。また、抵抗発熱体
１００は結露することなく良好な状態で次の作業への待
機ができた。

【００２９】

【比較例２】実施例４の用いた溶着固定装置４を用い、
冷却は圧縮空気３のみで行った。軟化した固定リブ７１
が固化するまでの時間は、１４秒を必要とした。従っ
て、実施例４は４１％の時間短縮が得られた。

【００３０】

【発明の効果】本発明のプラスチック成形品の溶融固定
方法は、発熱体の発熱が終了後、 ２酸化炭素と圧縮空気を同時に又は圧縮空気を少し
遅れて発熱体に吹きかけ、その後、規定時間経過後２酸
化炭素を止め圧縮空気のみを吹きかける、 ２酸化炭素のみ発熱体に吹きかけ、その後、規定時
間経過後２酸化炭素を止め圧縮空気のみを吹きかける、
との冷却方法により次の様な効果を得ることができる。 ａ．発熱体を従来に比べて急速に冷却し、また冷却後の
抵抗値（温度）を規定値に戻すことができるので、電圧
を印加したときの発熱体の温度を安定させることができ
る。したがって、溶融固定作業のサイクルタイムを短縮
できるばかりでなく、溶着強度を安定させることができ
る。 ｂ．２酸化炭素を抵抗発熱体へ吹きかけた後、圧縮空気
を吹きかけることにより、発熱体の抵抗値を規定値に戻
す際に、発熱体に付着した結露を吹き飛ばすことができ
るので、発熱体の温度復帰時間を短縮することができる
と共に発熱体の寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１による（ａ）は本発明の溶着固定装置
１の中心をなす円筒状の抵抗発熱体１０の側面図、
（ｂ）は抵抗発熱１０体の正面図。

【図２】実施例１による抵抗発熱体１０の断面図。

【図３】実施例１による溶着固定装置１の部品配置斜視
図。

【図４】実施例１による抵抗発熱体１０に各部品を取り
付けた組立斜視図。

【図５】実施例１によるは組立完成した溶着固定装置１
の斜視図。

【図６】実施例１によるは組立完成した溶着固定装置１
の断面図。

【図７】実施例２及び実施例３における温度測定ポイン
トの説明図。

【図８】実施例４に用いる溶着固定装置4の部品配置斜
視図。

【図９】実施例４による抵抗抵抗発熱体１００に各部品
を取り付けた組立斜視図。

【図１０】実施例４による組立完成した溶着固定装置４
の斜視図。

【図１１】実施例４による組立完成した溶着固定装置４
の断面図。

【図１２】実施例４において溶着固定装置を固定用リブ
へ当接させた図。

【図１３】実施例４において溶着固定装置により固定用
リブを変形させた後２酸化炭素と圧縮空気を吹きかけて
冷却している図。

【図１４】実施例２における温度変化を示す説明図（グ
ラフ）。

【図１５】実施例３における温度変化を示す説明図（グ
ラフ）。

【図１６】比較例１における温度変化を示す説明図（グ
ラフ）。

【符号の説明】

１ 溶着固定装置 ２ ２酸化炭素 ３ 圧縮空気 ４ 溶着固定装置 １０、１００ 抵抗発熱体 ３０ 圧縮空気用パイプ ３１ ２酸化炭素用パイプ ４０ 電線 ６０ 耐熱ゴム ７１ 固定用リブ ８０ レンズ Ａ 抵抗発熱体裏面温度測定ポイント Ｂ ゴム（成形品）表面温度測定ポイント Ｃ ゴム（成形品）内部温度測定ポイント Ｄ 周囲温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾形 英司 福島県福島市蓬莢町一丁目11番１号 東北 ムネカタ株式会社内 (72)発明者 日下石 進 福島県福島市蓬莢町一丁目11番１号 東北 ムネカタ株式会社内 Ｆターム(参考） 4F211 AK02 AK09 AP10 TA01 TA13 TC23 TN29 TQ01 TQ10 TQ11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂で成形された成形品の一部
   に一体成形された変形部を、電圧を印加することにより
   発熱する抵抗発熱体を用いて熱変形させることにより被
   固定物を固定させる熱可塑性樹脂で成形されたプラスチ
   ック成形品用溶融固定方法において、（ａ）変形部へ抵
   抗発熱体を適宜な力で押しつける準備工程、（ｂ）抵抗
   発熱体へ電圧を印加して発熱させ変形部を溶融又は軟化
   させる加熱工程、（ｃ）電圧印加を止め抵抗発熱体の内
   部に２酸化炭素と圧縮空気を吹き付けて冷却させ溶融又
   は軟化した前期変形部を固化させる冷却固化工程、
   （ｄ）２酸化炭素の吹き付けを止めた後、圧縮空気のみ
   抵抗発熱体の内部に吹き付けて抵抗発熱体の温度を規定
   の温度に戻す復帰工程、（ｅ）抵抗発熱体を変形部から
   離脱する離脱工程、からなることを特徴とする熱可塑性
   樹脂で成形されたプラスチック成形品の溶融固定方法。
2. 【請求項２】 圧縮空気の吹き付けは、２酸化炭素と同
   時又は一定時間遅れて吹き付けることを特徴とする熱可
   塑性樹脂で成形されたプラスチック成形品の溶融固定方
   法。
3. 【請求項３】 熱可塑性樹脂で成形された成形品の一部
   に一体成形された変形部を、電圧を印加することにより
   発熱する抵抗発熱体を用いて熱変形させることにより被
   固定物を固定させる熱可塑性樹脂で成形されたプラスチ
   ック成形品用溶融固定方法において、（ａ）変形部へ抵
   抗発熱体を適宜な力で押しつける準備工程、（ｂ）抵抗
   発熱体へ電圧を印加して発熱させ変形部を溶融又は軟化
   させる加熱工程、（ｃ）電圧印加を止め抵抗発熱体の内
   部に２酸化炭素を吹き付けて冷却させ溶融又は軟化した
   前期変形部を固化させる冷却固化工程、（ｄ）２酸化炭
   素の吹き付けを止めた後、圧縮空気を抵抗発熱体の内部
   に吹き付けて抵抗発熱体の温度を加熱工程前の規定の温
   度に戻す復帰工程、（ｅ）抵抗発熱体を変形部から離脱
   する離脱工程、からなることを特徴とする熱可塑性樹脂
   で成形されたプラスチック成形品の溶融固定方法。