JP2004276485A - 溶着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶融樹脂と接触する加熱面に樹脂が付着せず、樹脂が付着しても容易に削り落とすことができるため、加熱盤の修理または交換の頻度が減少し、装置のメンテナンス費用およびランニングコストの低減を図ることができる。
【解決手段】溶着部材７の接合面７ａを溶着部材用加熱盤２の溶着用加熱面２ｃに圧接し、被溶着部材８の被接合面８ａを被溶着部材用加熱盤１の被溶着用加熱面１ｃに圧接し、溶融状態とした前記接合面７ａと被接合面８ａとを当接して接合させる溶着装置であって、溶着用加熱面２ｃと被溶着用加熱面１ｃとがセラミック被膜で被覆されていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂で形成された複数の部品または部材を相互に溶着する溶着装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、共に熱可塑性樹脂からなる本体部品と小部品とを接合させる場合、本体部品側の被接合面と小部品側の接合面とを加熱して溶融状態とした後、接合面と被接合面を当接せしめて接合を行う溶着装置が用いられている。例えば、ブロー成型により成型された熱可塑性樹脂製の燃料タンクの接続口に、射出成型されたフィラーチューブを接合する装置として、溶着装置が用いられている。この溶着装置は、フィラーチューブの先端フランジの端面（接合面）と、燃料タンクの接続孔の端縁面（被接合面）とを、電熱線が組み込まれた加熱盤の加熱面に圧接し、端面と端縁面を溶融させる。次に、フィラーチューブを燃料タンクに押し付けて端面と端縁面の互いの溶融部を密着させた状態を維持しつつ冷却して接合させる、といった一連の工程を順次行う装置である（特許文献１、２および３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１８０４４号公報
【特許文献２】
特許第３３２８２１４号明細書
【特許文献３】
特開２００２−３５５８９０号公報
【０００４】
この溶着装置において、溶着部材の端面と被溶着部材の端縁面とが当接される加熱盤の加熱面の表面は、耐熱性に優れるとともに、溶融樹脂が付着し難いことが求められる。そのため、従来、加熱盤の表面は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂からなる被膜で被覆されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フッ素樹脂被膜は、加熱および加圧を繰返す溶着作業では充分な耐久性を示すことができず、長時間溶着作業を繰返した後、表面に樹脂が付着しているとフッ素樹脂被膜自体が剥離し易く、また、付着した樹脂を削り落とそうとすると、同時にフッ素樹脂被膜も剥離してしまうことがあった。そのため、加熱盤は、定期的な修理または交換により多大な工数および費用を要し、装置のメンテナンス費用およびランニングコストの増加を招いていた。また、修理・交換時には、溶着装置の稼働停止を余儀なくされ、装置の稼働率の低下の原因となっていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、溶融樹脂と接触する面が、耐熱性および耐久性に優れるセラミック被膜で被覆されているため、長時間繰返して溶着作業を続けた後でも、加熱溶融された樹脂が付着していない、または、樹脂が付着していても容易に削り落とすことができる。そのため、加熱盤の修理または交換の頻度が減少し、装置のメンテナンス費用およびランニングコストの低減を図ることができる溶着装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、熱可塑性樹脂からなる溶着部材の接合面を溶着部材用加熱盤の溶着用加熱面に圧接し、熱可塑性樹脂からなる被溶着部材の被接合面を被溶着部材用加熱盤の被溶着用加熱面に圧接し、前記接合面および前記被接合面を加熱して溶融状態とした後、溶融状態の前記接合面と前記被接合面とを当接して接合させる溶着装置であって、前記溶着用加熱面と前記被溶着用加熱面とがセラミック被膜で被覆されていることを特徴とする溶着装置を構成とする。
【０００８】
この溶着装置では、溶着用加熱面および被溶着用加熱面に設けられたセラミック被膜によって、溶融樹脂が付着し難く、または樹脂が付着しても容易に削り落とすことができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の溶着装置において、前記溶着部材用加熱盤が、熱源が埋設された加熱盤本体と、当該加熱盤本体を貫通する貫通孔とを備え、当該貫通孔の開口端周縁に前記溶着用加熱面が設けられ、前記貫通孔は、前記接合面と前記溶着用加熱面とを当接させたときに前記接合面よりも加熱盤本体側に突出される溶着部材の挿嵌部を遊挿可能に構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この溶着装置では、溶着部材用加熱盤の溶着用加熱面が溶着部材の接合面と当接されるとともに、貫通孔に溶着部材の挿嵌部が遊挿される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る溶着装置の被溶着部材用加熱盤１を示す斜視図、図２は溶着部材用加熱盤２を示す斜視図である。
【００１２】
被溶着部材用加熱盤１は、図１に示すとおり、円環体状の加熱盤本体１ａと、その加熱盤本体１ａに連設された角板状の台座部１ｂと、加熱盤本体１ａの端面に形成された被溶着用加熱面１ｃと、加熱盤本体１ａの内部に埋設された加熱用電熱線３（熱源）とから構成される。この被溶着部材用加熱盤１において、被溶着用加熱面１ｃは、溶着作業時、被溶着部材の被接合面に当接され、その被接合面を加熱するものである。
【００１３】
溶着部材用加熱盤２は、図２に示すとおり、角板状の加熱盤本体２ａと、その加熱盤本体２ａの軸中心に穿設された貫通孔４と、貫通孔４の開口周縁に周設された円環状の加熱部５の周端に形成された溶着用加熱面２ｃと、加熱盤本体２ａの内部に埋設された加熱用電熱線６（熱源）とから構成される。この溶着部材用加熱盤２において、溶着用加熱面２ｃは、溶着作業時、溶着部材の接合面に当接され、その接合面を加熱するものである。
【００１４】
本発明において、前記被溶着用加熱面１ｃと、溶着用加熱面２ｃとは、セラミック被膜で被覆されている。このセラミック被膜の厚さ、材質等は、溶着する溶着部材および被溶着部材を構成する熱可塑性樹脂の材質、溶着時の接合面および被接合面の加熱温度、加熱面積、接合面と溶着用加熱面および被接合面と被溶着加熱面とをそれぞれ当接するための加圧力等の溶着条件に応じて、適宜決定される。このセラミック被膜は、耐熱性および耐久性に優れるため、長時間繰返して溶着作業を続けた後でも、加熱溶融された樹脂が付着していない、または、樹脂が付着していても容易に削り落とすことができる。そのため、加熱盤の修理または交換の頻度が減少し、装置のメンテナンス費用およびランニングコストの低減を図ることができる。
【００１５】
本発明の溶着装置は、前記被溶着部材用加熱盤１および前記溶着部材用加熱盤２を装着して溶着部材と被溶着部材とを溶着して接合できる装置であれば、いずれの構成を有する装置であってもよいが、例えば、図３〜図４に各動作に応じた概略正面図を示す溶着装置１１が挙げられる。
【００１６】
以下、この溶着装置１１を用いて、図６にそれぞれ一部を示すフィラーチューブ７（溶着部材）と燃料タンク８（被溶着部材）とを接合させる方法について説明し、本発明の溶着装置について説明する。
【００１７】
この溶着装置１１は、図３に示すように、三次元位置制御可能な工業用ロボットのアーム１２に結合された回転アクチュエータ１３と、その回転アクチュエータ１３の本体に結合されたブラケット１４と、回転アクチュエータ１３のロータに結合された支持ベース１５に取付けられた第１直線摺動アクチュエータ１６および第２直線摺動アクチュエータ１７とを備える。第１直線摺動アクチュエータ１６は、そのロッド端に溶着部材チャック１８を備え、第２直線摺動アクチュエータ１７は、そのロッド端に被溶着部材用加熱盤１が取付けられている。また、ブラケット１４の遊端には、溶着部材用加熱盤２が、溶着用加熱面２ｃ（図２参照）を下向きにした状態で取付けられている。
【００１８】
回転アクチュエータ１３は、例えば油圧駆動されるシリンダ装置の推力をラック／ピニオン機構を利用してロータの回転力に変換するものであり、その本体が工業用ロボットのアーム端１２に固定されている。
【００１９】
第１直線摺動アクチュエータ１６および第２直線摺動アクチュエータ１７は、共に基本的には同一の構造を有し、例えば、油圧駆動されるピストンをシリンダ内に往復摺動自在に受容する機構により構成されている。両直線摺動アクチュエータは、シリンダが支持ベース１５に固定され、ピストンロッドの軸線が互いに平行で、かつ回転アクチュエータ１３のロータの軸線上で前後にオフセットして配置されている。
【００２０】
第１直線摺動アクチュエータ１６の中心軸は、回転アクチュエータ１３の回転中心軸と直交し、かつ溶着部材用加熱盤２の中心を通る平面上に配置されている。
【００２１】
溶着部材チャック１８は、例えば油圧あるいは電磁力で開閉制御される三爪式コレットチャックからなるものである。
【００２２】
次に、本実施形態に係る溶着装置によるフィラーチューブ７（溶着部材）と燃料タンク８（被溶着部材）（図６および図７参照）の溶着による接合を、図３〜図５を参照して説明する。
【００２３】
まず、溶着装置１１は、工業用ロボットのアーム１２を旋回させ、予め、部品取り出しステージ（図示せず）に整列されているフィラーチューブ７（溶着部材）（図６参照）の上方に溶着部材チャック１８を位置させる。このとき、フィラーチューブ７は、接合時に燃料タンク８（被溶着部材）から突出する部分（図６に示す突出部７ｃ）を上向きにした状態で整列されている。そして、図３に示すように、第１直線摺動アクチュエータ１６を伸張させるとともに、溶着部材チャック１８を閉じて、フィラーチューブ７を掴み取る（フィラーチューブの取り出しステップ）。その後、矢印Ａ方向に、第１直線摺動アクチュエータ１６を収縮させる。
【００２４】
次に、図４に示すように、工業用ロボットのアーム１２を旋回動させながら、回転アクチュエータ１３を矢印Ｂの方向に回転駆動することにより、溶着部材チャック１８と被溶着部材用加熱盤１との上下位置を交換する。これによって、溶着部材チャック１８に掴まれたフィラーチューブ７は、フランジ７ｂの接合面７ａ（図６参照）を上向きにした状態で、ブラケット１４の遊端に取付けられた溶着部材用加熱盤２の溶着用加熱面２ｃの下部に配置される。また、被溶着部材用加熱盤１は、被溶着用加熱面１ｃ（図１参照）を下向きにした状態で、燃料タンク８（被溶着部材）の被接合面８ａの上部に配置される。
【００２５】
次に、第２直線摺動アクチュエータ１７を矢印Ｃの方向に伸張させ、図４に想像線で示したように、燃料タンク８の被接合面８ａに被溶着部材用加熱盤１の被溶着用加熱面１ｃを当接させて、加熱用電熱線３（図１参照）により加熱して被接合面８ａを溶融させる。一方、第１直線摺動アクチュエータ１６を矢印Ｄの方向に伸張させ、図４に想像線で示したように溶着部材用加熱盤２の貫通孔４内にフィラーチューブ７の挿嵌部７ｄを遊挿し、溶着部材用加熱盤２の溶着用加熱面２ｃに接合面７ａを当接させて、加熱用電熱線６により加熱して接合面７ａを溶融させる。これにより、フィラーチューブ７の接合面７ａと燃料タンク８の被接合面８ａの面出しおよび溶融が行われる（面出し・溶融ステップ）。
【００２６】
燃料タンク８の被接合面８ａとフィラーチューブ７のフランジ７ｂの接合面７ａの溶融が完了した後、第１直線摺動アクチュエータ１６および第２直線摺動アクチュエータ１７をそれぞれ矢印Ｃおよび矢印Ｄと逆の方向に収縮させ、燃料タンク８の被接合面８ａから被溶着部材用加熱盤１を離間させるとともに、溶着部材用加熱盤２からフィラーチューブ７を離脱させる。
【００２７】
その後、図５に示すように、回転アクチュエータ１３を矢印Ｅの方向に回転駆動して溶着部材チャック１８と被溶着部材用加熱盤１の上下位置を再び交換するとともに、工業用ロボットのアーム１２を操作して第１直線摺動アクチュエータ１６の軸線を燃料タンク８の被接合面８ａの開口軸線に一致させる。
【００２８】
第１直線摺動アクチュエータ１６の軸線と燃料タンク８の開口軸線とが合致したならば、第１直線摺動アクチュエータ１６を伸長させて、図５に示すように、フィラーチューブ７の挿嵌部７ｄを燃料タンク８内に挿入し、かつ燃料タンク８の被接合面８ａにフィラーチューブ７のフランジ７ｂの接合面７ａを圧接する（圧接ステップ）。これにより、燃料タンク８の被接合面８ａとフィラーチューブ７の接合面７ａとが溶着・接合される。
【００２９】
燃料タンク８の被接合面８ａに対するフィラーチューブ７の接合面７ａの溶着が完了したならば、溶着部材チャック１８を開き、その後に第１直線摺動アクチュエータ１６を収縮させて、溶着によるフィラーチューブ７と燃料タンク８の接合が完了する。
【００３０】
以上のようにして、図７に模式断面図を示すように、フィラーチューブ７のフランジ７ｂの下部周縁の接合面７ａと、燃料タンク８の開口部８ｂの周縁に設けられた被接合面８ａとが溶着されて、フィラーチューブ７（溶着部材）と燃料タンク８（被溶着部材）との接合が完了される。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例により本発明を説明する。
【００３２】
実施例１
図１に示す構造のアルミニウム（Ａ２０２７）製の被溶着部材用加熱盤と、図２に示す構造のアルミニウム（Ａ２０２７）製の溶着部材用加熱盤を用意した。これらの被溶着部材用加熱盤の被溶着用加熱面と、溶着部材用加熱盤の溶着用加熱面とを、それぞれセラミック被膜（日本ユテク社製、テロコート２０１７０）で被覆して、試験用の被溶着部材用加熱盤および溶着部材用加熱盤を用意した。また、比較例として、被溶着用加熱面および溶着用加熱面をそれぞれＰＴＦＥ被膜で被覆した比較試験用の被溶着部材用加熱盤および溶着部材用加熱盤を用意した。
【００３３】
これらの被溶着部材用加熱盤および溶着部材用加熱盤を、図３に示す溶着装置に装着し、フィラーチューブの接続孔と燃料タンクの開口の溶着作業を１０００回連続して行い、溶着用加熱面および被溶着用加熱面の表面に生じた焦げをブラシで除去できるかを試験した。また、溶着作業を連続して行ったとき、焦げが付着するまでの溶着回数を調べた。
【００３４】
その結果、実施例の被溶着部材用加熱盤および溶着部材用加熱盤は、１０００回溶着作業後でも溶着用加熱面および被溶着用加熱面に付着した焦げをブラシで除去しても、被膜自体に損傷は認められなかった。一方、比較試験用の被溶着部材用加熱盤および溶着部材用加熱盤では、溶着作業後、溶着用加熱面および被溶着用加熱面付着した焦げをブラシで除去することが不可能であるか、除去できても被膜を損傷してしまった。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の溶着装置によれば、溶着部材の接合面および被溶着部材の被接合面と当接され、両面を加熱する溶着用加熱面および被溶着用加熱面が、耐熱性および耐久性に優れるセラミック被膜で被覆されているため、長時間繰返して溶着作業を続けた後でも、加熱溶融された樹脂が付着していない、または、樹脂が付着していても容易にブラシ等により除去することができる。そのため、加熱盤の修理または交換の頻度が減少し、装置のメンテナンス費用および製造溶着工程全体でのランニングコストの大幅な低減を図ることができる。
【００３６】
また、セラミック被膜は薄い膜厚でも所望の耐久性および耐熱性を発揮するため、良好な熱伝導性を得ることができ、溶着工程における面出しに要する時間も短縮でき、さらに、エネルギーコストの削減に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る溶着装置の被溶着部材用加熱盤を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る溶着装置の溶着部材用加熱盤を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る溶着装置にフィラーチューブの取り出しステップを説明する概略正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る溶着装置における面出し・溶融ステップを説明する概略正面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る溶着装置における圧接ステップを説明する概略正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る溶着装置によって溶着・接合されるフィラーチューブ（溶着部材）と燃料タンク（被溶着部材）を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施形態によって接合されたフィラーチューブ（溶着部材）と燃料タンク（被溶着部材）の接合構造を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１ 被溶着部材用加熱盤
１ｃ 被溶着用加熱面
２ 溶着部材用加熱盤
２ｃ 溶着用加熱面
４ 貫通孔
６ 加熱用電熱線（熱源）
７ フィラーチューブ（溶着部材）
７ａ 接合面
７ｄ 挿嵌部
８ 燃料タンク（被溶着部材）
８ａ 被接合面
１１ 溶着装置

Claims (2)

  1. 熱可塑性樹脂からなる溶着部材の接合面を溶着部材用加熱盤の溶着用加熱面に圧接し、熱可塑性樹脂からなる被溶着部材の被接合面を被溶着部材用加熱盤の被溶着用加熱面に圧接し、前記接合面および前記被接合面を加熱して溶融状態とした後、溶融状態の前記接合面と前記被接合面とを当接して接合させる溶着装置であって、
    前記溶着用加熱面と前記被溶着用加熱面とがセラミック被膜で被覆されていることを特徴とする溶着装置。
  2. 前記溶着部材用加熱盤が、熱源が埋設された加熱盤本体と、当該加熱盤本体を貫通する貫通孔とを備え、当該貫通孔の開口端周縁に前記溶着用加熱面が設けられ、前記貫通孔は、前記接合面と前記溶着用加熱面とを当接させたときに前記接合面よりも加熱盤本体側に突出される溶着部材の挿嵌部を遊挿可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶着装置。
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