JP2007313672A - 熱板溶着工具、溶着部材、及び溶着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱溶着において糸引きの発生頻度の低い溶着方法、熱板工具、溶着部材を提供すること。
【解決手段】 ２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板１１に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用される熱板１１であって、熱板１１が、ワーク１２と熱板１１とで構成される空間１８と、外気とを連通する開口通路１６を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する溶着方法、及びその溶着方法で使用される熱板溶着工具と溶着部材に関するものである。

従来、２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を押し当てて接合する溶着方法が実施されている。
この溶着方法によると、溶着部材を熱板で加熱した後、溶着部材と熱板とを離間させる工程があるが、そのとき、溶着部材が熱板と接触されて溶融された部分の一部が、熱板に強く付着して樹脂の糸を引く問題があった。
その糸引きの問題を解決するために、特許文献1では、糸引きにより発生する樹脂のはみ出しを、はみ出す可能性のある外周面を押圧治具により押圧することにより、防止する溶着方法が開示されている。
また、特許文献２には、糸引きを防止するために、熱板の表面に所定の組成物をコーティングする技術が開示されている。

特開2003-326601号公報 特開平11-197594号公報

しかしながら、従来の溶着方法には、次のような問題があった。
（１）特許文献１に開示された技術では、糸引きが製品の外側に出てきたときには防止することができるが、糸引きが内側に発生すると対処できなかった。内側に発生した糸引きは、製品の品質不良に直結するため、問題は大きかった。
（２）特許文献２に開示された技術では、長期間使用していると表面コーティングが削られてしまい、糸引きが発生するため、コーティングの管理が面倒であるという問題があった。
本発明の目的は、上記問題点を解決して、熱溶着において糸引きの発生頻度の低い溶着方法、熱板工具、溶着部材を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明の熱板溶着工具、溶着部材、及び溶着方法は、次のような構成を有している。
（１）２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用される熱板溶着工具であって、熱板溶着工具が、溶着部材の少なくとも一方と熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を有する。
（２）２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用される溶着部材であって、溶着部材の少なくとも一方が、溶着部材と熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を有する。

（３）２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する溶着方法であって、溶着部材と熱板とで構成される空間と、外気とを連通することを特徴とする。
（４）（３）に記載する溶着方法において、前記溶着部材の前記溶着部以外の部分を加熱溶融して、板状部材の端部を埋め込んで固定することを特徴とする。

（５）２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する溶着方法であって、熱板溶着工具が、溶着部材の一方と前記熱板とで構成される空間と、溶着部材の一方と、溶着部材の他方とを連通する開口通路を有し、溶着部材の他方が、溶着部材の他方と熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を有する。

次に、上記構成を有する本発明の熱板溶着工具、溶着部材、及び溶着方法の作用及び効果について説明する。
本発明者は、溶着工程における糸引きの原因について研究を続けた結果、その原因を究明するに至った。それを説明する。図１１に示すように、熱板１１に溶着部材であるワーク１２を接触させて加熱する場合に、熱板１１とワーク１２とにより密閉空間１３が発生する。ワーク１２の熱板１１との接触部が溶解するまで加熱すると、密閉空間１３内部の空気が熱膨張する。また、加熱により樹脂よりガスが発生する場合もある。
例えば、ポリアセタール樹脂の融点温度以上まで加熱した場合、密閉空間の内部圧力は、大気圧の１．７倍程度まで上昇することを確認している。
空気膨張またはガスの発生により、密閉空間１３内部の圧力が高くなり、ワーク１２の肉厚が薄く、かつ溶融された部位に凹部１４が発生する。凹部１４が発生すると、図１２に示すように、ワーク１２が熱板１１に接触している部分のうち、凹部１４の先端部１５が熱板と接着したときに、先端部１５の近傍の断面積が減少し、剛性が弱まるため、溶融部の自重により引きちぎられて糸引き状態となる。これにより、図１２に示すように、ワーク１２を熱板１１から離間するときに、凹部１４の先端部１５で糸引きが発生する。

この結論を得ることにより、本発明者は、糸引きを解決するためには、密閉空間を作らなければよいのであることを発見した。そして、密閉空間を作らない方法として、すなわち、密閉空間と外気との連通を確保する方法として、大きく２つの方法が考えられる。第１の方法は、熱板等の熱板溶着工具に、溶着部材の少なくとも一方と熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を形成することである。第２の方法は、溶着部材の少なくとも一方が、溶着部材と熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を形成することである。
このような構成を有する熱板溶着工具または溶着部材を用いて溶着を行えば、膨張した空気や発生したガスが、開口通路から外気に排出されるため、ワーク１２が変形することがなく、糸引きをなくすことができる。

特許文献１に示すように、一般に、熱板の両側を使用して、２つの溶着部材の端面を溶融することが行われている。その場合には、（５）に開示すように、溶着部材の一方が形成する密閉空間と、熱板溶着工具に形成した開口通路で溶着部材の他方が形成する密閉空間とを連通し、どちらか一方の密閉空間を溶着部材に形成した開口通路により外気と連通しているので、どちらの空間も密閉空間でなくすることができる。
また、（４）に記載するように、溶着部以外の部分を加熱溶融して、フィルタ等の板状部材の端部を押し込んで埋め込んで固定することにより、フィルタ部等をシール状態を確保しつつ固定することができる。

本発明を具体化した実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。図１に第１実施の形態の概念図を示す。熱板１１に溶着部材であるワーク１２が接触され加熱される。ワーク１２と熱板１１とで空間１８が形成されている。熱板１１には、空間１８と外気とを連通させる開口通路１６が形成されている。網点部は、ワーク１２のうち、熱板１１により溶融される溶融層１９を示している。ワーク１２の材質は、ポリアセタール樹脂を使用している。ポリアセタール樹脂は、粘性が高いので、溶融温度以上に加熱して溶融状態としても、ゲル状態を維持しており、変形することはない。
このように、熱板１１に開口通路１６が形成されているので、ワーク１２と熱板１１とで構成された空間１８で膨張した空気や、発生したガスを開口通路１６を通して外気に排気することができるため、凹部が形成されることがなく、糸引きの発生を防止することができる。

次に、第２の実施の形態を図２に示す。熱板１１には、開口通路はなく、ワーク１２に開口通路１７が形成されている。
このように、ワーク１２に開口通路１７が形成されているので、ワーク１２と熱板１１とで構成された空間１８で膨張した空気や発生したガスを、開口通路１７を通して外気に排気することができるため、凹部が形成されることがなく、糸引きの発生を防止することができる。
第１実施の形態は、第２実施の形態と比較して、ワーク１２に開口通路を形成する必要がないので、ワークの設計に自由度がないときに便利である。

次に、第３の実施の形態を図３に示す。熱板１１には、第１開口通路１６Ａ及び第２開口通路１６Ｂが形成されている。熱板１１の両側に、第１溶着部材である第１ワーク１２Ａと、第２溶着部材である第２ワーク１２Ｂが接触され加熱されている。第１ワーク１２Ａと熱板１１とで第１空間１８Ａが構成されている。また、第２ワーク１２Ｂと熱板１１とで第２空間１８Ｂが構成されている。
第１空間１８Ａは、第１開口通路１６Ａにより外気と連通している。また、第２空間１８Ｂは、第２開口通路１６Ｂにより外気と連通している。
このように、熱板１１に第１開口通路１６Ａ及び第２開口通路１６Ｂが形成されているので、第１ワーク１２Ａと熱板１１とで構成された第１空間１８Ａや、第２ワーク１２Ｂと熱板１１とで構成される第２空間１８Ｂで膨張した空気や発生したガスを、第１開口通路１６Ａ及び第２開口通路１６Ｂを通して外気に排気することができるため、凹部が形成されることがなく、糸引きの発生を防止することができる。

次に、第４の実施の形態を図４に示す。熱板１１には、開口通路１６が形成されている。また、ワーク１２Ｂには、開口通路１７が形成されている。熱板１１の両側に、第１溶着部材である第１ワーク１２Ａと、第２溶着部材である第２ワーク１２Ｂが接触され加熱されている。第１ワーク１２Ａと熱板１１とで第１空間１８Ａが構成されている。また、第２ワーク１２Ｂと熱板１１とで第２空間１８Ｂが構成されている。
第１空間１８Ａは、開口通路１６により第２空間１８Ｂと連通している。また、第２空間１８Ｂは、開口通路１７により外気と連通している。
このように、熱板１１に開口通路１６が形成され、ワーク１２Ｂに開口通路１７が形成されているので、第１ワーク１２Ａと熱板１１とで構成された第１空間１８Ａや、第２ワーク１２Ｂと熱板１１とで構成される第２空間１８Ｂで膨張した空気や発生したガスを、開口通路１６及び開口通路１７を通して外気に排気することができるため、凹部が形成されることがなく、糸引きの発生を防止することができる。

次に、本発明を具体的に適用した実施例を、第５の実施の形態として、図５から図８に示す。これは、流体中の不純物を濾過するフィルタ装置であり、ケースにフィルタエレメントを収納してなるフィルタ装置に関するものである。図７に蛇腹形状のフィルタエレメント２２が装着された本体ケース２１を示す。フィルタエレメント２２の両端部は、流路２３，２４が形成されている。
本体ケース２１の上側に図６に示すアッパーカバー２５が溶着される。図６に示したのは、アッパーカバー２５の下面、すなわち、本体ケース２１と溶着される側である。流路２３，２４に対応して、凹空間である流路２７，２６が形成されている。フィルタエレメント２２に対応する位置には、フィルタエレメント２２の端面を埋め込むためのエレメント装着部２８が形成されている。
本体ケース２１の下側に図５に示すロアカバー２９が溶着される。図５に示したのは、ロアカバー２９の上面、すなわち、本体ケース２１と溶着される側である。流路２３，２４に対応して、凹空間である流路３０，３１が形成されている。フィルタエレメント２２に対応する位置には、フィルタエレメント２２の端面を埋め込むためのエレメント装着部３２が形成されている。

図８にロアカバー２９を溶着するための熱板１１の平面図を示している。また、図９に工程図を示す。２枚の熱板１１には、各々開口通路１６が２本ずつ形成されている。開口通路１６は、空間２６、２７、３０、３１、２３、２４を外気と連通させている。開口通路１６の直径は、本実施の形態では、２ｍｍとしている。
ロアカバー２９、アッパーカバー２５、及び本体ケース２１の材質は、ポリアセタール樹脂を使用している。ポリアセタール樹脂は、粘性が高いので、溶融温度以上に加熱して溶融状態としても、ゲル状態を維持しており、変形することはない。本実施の形態では、図９に示すように、アッパーカバー２５及びロアカバー２９のうち、溶着する箇所以外のフィルタエレメント２２に対応する箇所も加熱している。

図９の状態で加熱溶融した後、２枚の熱板１１を外し、アッパーカバー２５とロアカバー２９とを、本体ケース２１に対して押圧する。溶着部分は、互いに溶融しているため、寸法としては各々２ｍｍ程度短くなった状態で溶着される。フィルタエレメント２２は、各々アッパーカバー２５とロアカバー２９に、端部が１ｍｍ程度進入した状態で埋め込まれて固定される。フィルタエレメント２２の端部がアッパーカバー２５とロアカバー２９に１ｍｍ程度埋め込まれて固定されているので、漏れがない状態でフィルタエレメント２２を固定することができる。

以上詳細に説明したように、第１実施の形態によれば、２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板１１に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用される熱板１１であって、熱板１１が、ワーク１２と熱板１１とで構成される空間１８と、外気とを連通する開口通路１６を有するので、膨張した空気や発生したガスが、開口通路１６から外気に排出されるため、ワーク１２が変形することがなく、糸引きをなくすことができる。
また、第２の実施の形態によれば、２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用されるワーク１２であって、ワーク１２と熱板１１とで構成される空間１８と、外気とを連通する開口通路１７を有するので、膨張した空気や発生したガスが、開口通路１７から外気に排出されるため、ワーク１２が変形することがなく、糸引きをなくすことができる。
第１実施の形態及び第２の実施の形態について、効果を確認するための実験を行った。開口通路を備えない技術では、離型剤を１回塗布した後、５、６回溶着を行うと糸引きが見られたが、開口通路を備える本発明によれば、１回離型剤を塗布すれば、１５０回以上溶着を行っても糸引きが発生しないことを確認した。

また、第５の実施の形態によれば、アッパーカバー２５とロアカバー２９のうち、溶着部以外の部分を加熱溶融して、フィルタエレメント２２の端部を、アッパーカバー２５やロアカバー２９に埋め込んで固定しているので、フィルタエレメント２２をシール状態を確保しつつ、アッパーカバー２５やロアカバー２９に対して固定することができる。
また、第４実施の形態によれば、２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板１１に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する溶着方法であって、熱板１１が、溶着部材の一方１２Ａと熱板１１とで構成される空間１８Ａと、溶着部材の一方１２Ａと、溶着部材の他方１２Ｂとを連通する開口通路１６を有し、溶着部材の他方１２Ｂが、溶着部材の他方１２Ｂと熱板１１とで構成される空間１８Ｂと、外気とを連通する開口通路１７を有するので、どちらの空間も密閉空間でなくすることができる。

本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な変形が可能である。
例えば、本実施の形態では、樹脂としてポリアセタールを説明したが、他の粘性の高い樹脂を使用しても同じである。
また、本実施の形態では、開口通路を孔として形成したが、溝により形成しても良い。

本発明の第１実施の形態の概念図である。 本発明の第２実施の形態の概念図である。 本発明の第３実施の形態の概念図である。 本発明の第４実施の形態の概念図である。 フィルタ装置のロアカバー２９の平面図である。 フィルタ装置のアッパーカバー２５の平面図である。 フィルタ装置の本体ケース２１の平面図である。 熱板１１の平面図である。 フィルタ装置を製造するための溶着工程を示す図である。 フィルタ装置の溶着状態を示す図である。 従来技術の問題点を示す第１図である。 従来技術の問題点を示す第２図である。

符号の説明

１１ 熱板
１２ ワーク
１３ 密閉空間
１６ 開口通路
１７ 開口通路
１８ 空間

Claims (5)

1. ２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用される熱板溶着工具において、
   前記熱板溶着工具が、
   前記溶着部材の少なくとも一方と前記熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を有することを特徴とする熱板溶着工具。
2. ２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する工程で使用される溶着部材において、
   前記溶着部材の少なくとも一方が、
   前記溶着部材と前記熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を有することを特徴とする溶着部材。
3. ２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する溶着方法において、
   前記溶着部材と前記熱板とで構成される空間と、外気とを連通することを特徴とする溶着方法。
4. 請求項３に記載する溶着方法において、
   前記溶着部材の前記溶着部以外の部分を加熱溶融して、板状部材の端部を埋め込んで固定することを特徴とする溶着方法。
5. ２つの樹脂製の溶着部材同士を溶着させるために、各々の樹脂部材の溶着部を加熱された熱板に接触させて溶融させ、溶融された溶着部同士を接合する溶着方法において、
   前記熱板溶着工具が、前記溶着部材の一方と前記熱板とで構成される空間と、前記溶着部材の一方と、前記溶着部材の他方とを連通する開口通路を有し、
   前記溶着部材の他方が、前記溶着部材の他方と前記熱板とで構成される空間と、外気とを連通する開口通路を有することを特徴とする溶着方法。

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