JP2011167946A

JP2011167946A - 樹脂製ケースの熱溶着装置

Info

Publication number: JP2011167946A
Application number: JP2010034203A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Kato; 憲一郎加藤; Masahiro Tanaka; 昌浩田中
Original assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Current assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】樹脂製下ケースと樹脂製上ケース間に抵抗発熱体を挟み込んで熱溶着する場合に、抵抗発熱体の線膨張による抵抗発熱体の膨らみ（反り）を防止して溶着強度が低下したり、樹脂製ケースの外観が損なわれたりするのを防止する熱溶着装置を提供する。
【解決手段】抵抗発熱体１０の一部に水平方向に折り曲げた湾曲変形部１１を形成すると共にこの抵抗発熱体１０を組み付ける溝２２とリブにも湾曲変形部１１を形成し、この湾曲変形部１１の変形作用により抵抗発熱体１０の線膨張を吸収して抵抗発熱体１０に膨らみ（反り）が発生しないようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱可塑性樹脂で成形された下ケースと上ケースの溶着部に抵抗発熱体を挟み込み、この発熱体に電圧を印加して発熱させ、この発熱で溶着面の樹脂を溶融して上下ケースを溶着する樹脂製ケースの熱溶着装置に関するものである。

熱可塑性樹脂で成形された樹脂製上ケース（以下「上ケース」と称する。）と樹脂製下ケース（以下「下ケース」と称する。）とから成る成形品を接合する方法の代表例として、下ケースと上ケースに形成された溶着部へ抵抗発熱体を挟み込み、前記抵抗発熱体に電圧を印加して直接発熱させ、その熱でお互いの溶着部の樹脂を溶融して溶着するという熱溶着方法が公知である。

この方法は、瞬間的な熱による接合方法であるため、内部部品に対して熱影響を与えることがなく、また、接着剤の様に、有機溶剤を用いることによる環境負荷への影響がないため、極めて有効な接合方法である。

また、実用新案登録第３０６４１８０号公報に載置されているように、上ケース及び下ケースにおける開口部周囲の溶着部に２分割した２つの抵抗発熱体をループ状にセットし、その後この２つの抵抗発熱体に同時に電圧を印加して、上ケースと下ケースを溶着する方法もある。

この例では、抵抗発熱体の製造に際し、一枚の素材を打ち抜いて加工するときに、発熱体が輪状を呈していると素材のロスは多くなるが、２分割方式で抵抗発熱体を打ち抜き加工することにより、素材のロス、つまり歩留まり率が向上して製造コストを削減することができるという利点がある。

しかし、前記二つの溶着方法によれば、抵抗発熱体が例えば４００ｍｍというように長い場合、抵抗発熱体が発熱したときの線膨張が発生して、抵抗発熱体が収められた溝から外れたり、壁を突き破って外へ飛び出したりして、溶着強度および外観の品位に影響が出たり、密閉性が損われたりする場合がある。

このようなことから、特開２００５−３１９５９７号公報には、抵抗発熱体の一部を扁平に変形させた逃がし部を設けることにより、この逃がし部で線膨張量を減少させて上記悪影響が出ないようにする溶着方法が紹介されている。

しかし、抵抗発熱体の一部を扁平させることにより、発熱バランスが崩れ（扁平部分の発熱が他の部分より低くなる）均一な溶着ができないという問題がある。また、扁平部分においては、その部分の蓋体の肉厚を他の部分より厚くする必要があるため、他の部位より熱負荷が大きくなり、偏平部分においての溶融が不十分になり、溶着強度が低下するという問題がある。

実用新案登録第３０６４１８０号公報特開２００５−３１９５９７号公報

本発明は、以上に記述した欠点に鑑みて提案されるものであって、発熱による線膨張が原因して抵抗発熱体が溝から外れたり、溝内から飛び出したりして溶着強度が低下したり外観の品位が低下したり、密閉性が損なわれたりしない樹脂製ケースの熱溶着装置を提供するのが目的である。

上記目的を達成するため、請求項１に記載された発明においては、
ａ.樹脂製下ケースの側壁の接合面に抵抗発熱体の収容溝を形成してここに抵抗発熱体をセットすると共に樹脂製上ケースの側壁の下端面に前記収容溝内に嵌合する溶着リブを形成し、前記抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させ、前記収容溝と溶着リブを溶融して下ケースに上ケースを溶着する樹脂製ケースの溶着装置において、
ｂ.前記下ケースの収容溝の一部を水平方向に湾曲させて抵抗発熱体の線膨張を吸収する湾曲溝部を形成すると共にこの湾曲溝部と対向する前記上ケースの溶着リブ側には、前記湾曲溝部と同じように湾曲した湾曲リブ部を形成したこと、
ｃ.前記抵抗発熱体の一部であって、前記下ケースの湾曲溝部内に収まる位置に湾曲変形部を形成したこと、
を特徴とするものである。

この発明によれば、従来、抵抗発熱体が線膨張して抵抗発熱体が変形し、収めた溝の側壁から外れたり、これを突き破ったりするのを防ぐことができる。

次に、請求項２記載の発明によると、請求項１に記載の樹脂製ケースの熱溶着装置において、前記下ケースの湾曲溝部及び上ケースの湾曲リブ部及び抵抗発熱体の湾曲変形部を一箇所以上設けたことを特徴とするものである。

この発明によると、抵抗発熱体の長さに応じて最適な状態で線膨張を吸収することができる。

本発明の樹脂製ケースの熱溶着装置によれば、抵抗発熱体が線膨張したときに、水平方向の湾曲変形部が変形することにより線膨張を吸収してばね効果として働き、その結果、抵抗発熱体が変形するのを防止できるため、次の様な効果を得ることができる。
１．
比較的長尺の抵抗発熱体を用いることが出来るため、溶着部分が長尺な成形品の熱溶着に特に有効である。
２．
抵抗発熱体の線膨張が吸収され、変形による溝の破損がなくなり、安定した溶着強度および密閉性を得ることができると共に高品位の製品を得ることができる。
３．
抵抗発熱体に複数の湾曲変形部を形成した場合、比較的大型の成形品への対応が可能になった。
４．
熱溶着品質の向上により、不良品の発生が減少するため、不良品処理に関する環境負荷低減を図ることができる。

本発明に係る抵抗発熱体であって、（ａ）は１体もの、（ｂ）は２分割ものの説明図。（ａ）〜（ｅ）は円曲部の形状の説明図。円曲部を２ヶ所に設けた抵抗発熱体の説明図。下ケース、上ケース、抵抗発熱体の分解説明図。図４の状態を側方から見た説明図。下ケースの溝内へ抵抗発熱体を組み付けた状態を示す下ケースの平面図。抵抗発熱体へ電圧を印加している状態の説明図。円曲部の挙動を示し、（ａ）は挙動前、（ｂ）は挙動後の説明図。比較例における抵抗発熱体の挙動説明図。

下ケースの周囲に形成された接合面に上ケースの周囲に形成された接合面を接合させると共に、互いの接合面間に抵抗発熱体を介装し、この介装した抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させ、この発熱により互いの接合面を溶融して下ケースと上ケースを溶着する樹脂ケースの溶着する本発明において、溶着対象としてケースに用いられる樹脂の種類としては、次のようなものを挙げることができる。

ＡＢＳ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＣ、ＰＯＭ、ＰＭＭＡ，ＰＢＴ、ＡＢＳとＰＣのアロイ、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、ＰＡなどの熱可塑性樹脂が代表例として挙げられるが、これについても限定するものではない。また、ガラスフィラー入り等の強化材を樹脂に混合したものにも適用が可能である。

抵抗発熱体の材料としては、ＳＵＳ、ＳＥＣＣ、ＳＰＣＣ、ＮＣＨＷ等が代表例として挙げられるがこれに限定するものではない。

請求項１に記載した抵抗発熱体の形状を図１及び図２を基に説明する。

図１は長方形の接合面の溶着に用いられる抵抗発熱体１０の平面図、図２は抵抗発熱体の他の形状の説明図である。

抵抗発熱体１０の材料にはＳＵＳ３０４−ＷＰＢを用いた。

先ず、形状について説明すると、図１（ａ）は下ケース２０の開口部の形状に相当する形状で、平板を打ち抜くまたはレーザ加工等による輪状の形状（平面視長方形）を示している。但し、図１（ｂ）の様に、２等分した形状の抵抗発熱体（例えば、ワイヤー）１０を対称的に２本組み合わせた形態の場合もある。

抵抗発熱体１０は長辺１０ａ側の長さＬは４００ｍｍであり、断面形状寸法として高さは１．０ｍｍ、幅は１．５ｍｍである。更に長辺１０ａ側の中央部には水平方向にＵ字型に折り曲げた湾曲変形部１１が形成されている。この湾曲変形部１１の寸法は、幅Ｗが４ｍｍ、曲げ奥行きＨは２ｍｍである。

上記湾曲変形部１１は、抵抗発熱体１０が発熱して線膨張した際、両側の溝の壁にて伸びが抑えられ反っていたものを、このU字形状の湾曲変形部１１に応力が集中し、湾曲変形部１１のバネ効果により線膨張分を吸収し、この作用で抵抗発熱体１０が反るのを防止する。

なお、湾曲変形部１１は図１（ａ）の様に長辺１０ａにおける中央部でなくてもよく、任意の位置に形成して良い。

抵抗発熱体１０の両短辺１０ｂの中央部には抵抗発熱体１０へ電圧を印加するための電圧印加部１２が形成されている。

図２（ａ）−（ｅ）は、湾曲変形部１１の形状について説明するもので、抵抗発熱体１０は、平板を打ち抜くまたはレーザ加工等で得られた輪状を呈しており、これらの形状を適宜に選択して用いることが可能である。

図２（ａ）は湾曲変形部１１を角型に形成した例、図２（ｂ）は杯型に形成した例、図２（ｃ）は三角形と逆三角形とが連続した形状の例、図２（ｄ）は段差状に形成した例、図２（ｅ）は波形に形成した例である。

また、図３は、湾曲変形部１１を長辺１０ａにおいて２箇所に形成した例である。

このように、湾曲変形部１１を長辺１０ａに２箇所形成することにより、抵抗発熱体１０の線膨張率が高い場合に変形吸収率を高めることができ、この形態は長尺の抵抗発熱体１０に適用すると有効的である。

図２（ａ）−（ｅ）に記載した他の湾曲変形部１１形状についても同様に複数個所設けることにより同様の効果を得ることができる。

上記した抵抗発熱体１０を溶着に用いる樹脂製ケースの構造とこの溶着方法を次に説明する。

図４は本発明に係る抵抗発熱体１０と、溶着対象となる上ケース３０及び下ケース２０の説明図、図５は図４の状態を側方から見た説明図、図６は下ケース２０の側壁２１の上端面に形成した抵抗発熱体１０の収容溝２２内に抵抗発熱体１０を組み込んだ様子を示す説明図、図７は下ケース２０の収容溝２２内に抵抗発熱体１０を組み付けたのち、上ケース３０の側壁３１の下端面に形成したリブ３２を嵌合させ、抵抗発熱体１０の電極４１へ電源４０から電圧を印加して熱溶着している状態の説明図、図８は抵抗発熱体１０が発熱した際の湾曲変形部１１の変形例の説明図である。

本実施例の下ケース２０と上ケース３０はＡＢＳ樹脂製である。

また、抵抗発熱体１０には図１（ａ）で説明した長辺１０ａの中央において、水平方向へＵ字型の円曲部１１を形成した抵抗発熱体１０を用いた。抵抗発熱体１０の両短辺１０ｂには抵抗発熱体１０へ電圧を印加するための電圧印加部１２が形成されている。

下ケース２０について説明すると、下ケース２０の側壁２１の上端面には抵抗発熱体１０を組み込むための溝２２が形成されている。

また、下ケース２０の側壁２１の内側には抵抗発熱体１０の湾曲変形部１１が組み込まれる膨出部２３が形成されていると共にこの膨出部２３の上端面には、前記溝２２と連続しているＵ状の変形吸収溝２５が形成されていて、抵抗発熱体１０の湾曲変形部１１はこの変形吸収溝２５内に収まっている。また、この変形吸収溝２５の幅は、抵抗発熱体１０が変形するため抵抗発熱体１０の幅より大きい幅に設定されている。また、下ケース２０には、抵抗発熱体１０の電圧印加部１２が外部へ突き出るように案内溝２４が形成されている。

上ケース３０については、上ケース３０の側壁３１の下端面に前記下ケース２０の溝２２にはめ込まれる溶着リブ３２が形成されていると共にこの溶着リブ３２は、前記変形吸収溝２５内に嵌合するようにＵ状に形成されている。

下ケース２０と上ケース３０の溶着においては、下ケース２０の溝２２内に抵抗発熱体１０を組み込んだ後、上ケース３０の溶着リブ３２を下ケース２０の溝２２へ挿入するようにして上ケース３０を被せる（図７）。

その後、図７の矢印に示す様に、上ケース３０へ押し圧をかけ、上ケース３０と下ケース２０とを圧着させると共に、抵抗発熱体１０の電圧印加部１２へ外部の電源４０に接続された電極４１を押し当てながら抵抗発熱体１０へ電圧を印加する。

この結果、抵抗発熱体１０はジュール熱で発熱し、抵抗発熱体１０の周囲の樹脂が溶融して、上ケース３０及び下ケース２０は溶着される。

この溶着作用時に発生する抵抗発熱体１０の湾曲変形部１１の変化について説明する。

図８に湾曲変形部１１の拡大図を示す。

図８（ａ）は湾曲変形部１１の初期形状で、抵抗発熱体１０が発熱すると線膨張することにより抵抗発熱体１０が伸び、抵抗発熱体１０が組み込まれた溝２２の側壁に押し当たり両側が押さえられているため、抵抗発熱体１０は突っ張った状態になり、反り方向への力が発生する。

しかし、図８（ｂ）に示す様に水平方向のＵ字型の湾曲変形部１１の幅がL１からL２と収縮することにより抵抗発熱体１０の突っ張り力が吸収され、その結果、反るのを防止する。

加熱時間経過後、電圧印加を停止し、その状態で保持する又は冷却用エアー吹きかけなどを行い溶融した樹脂を固化させる。

上ケース３０と下ケース２０との溶融した樹脂を固化させたことにより、熱溶着工程が完了し、一体化した樹脂ケースを得ることができた。

溶着状況を確認したが、溶着箇所における外観については何ら異常が見当たらなかった。

また、再度上ケース３０と下ケース２０とを溶着面から分離して抵抗発熱体１０の形状を確認したところ、変形することなく溝２２内に収められていた。

なお、湾曲変形部１１を長辺１０ａへ複数個所設けた抵抗発熱体１０を用いた熱溶着方法においても同様な結果を得られた。
また、実施例１では抵抗発熱体の形状が長方形状の場合について説明したが、抵抗発熱体の形状が正方形及び円形においても湾曲変形部を形成することにより同様の効果を得ることができる。

本発明の比較例として抵抗発熱体１０に湾曲変形部１１の無い従来の抵抗発熱体１０を用いて熱溶着を行った。

上ケース３０及び下ケース２０の樹脂材料及び抵抗発熱体１０の材料は実施例と同一である。

実施例と同一条件で熱溶着を行ったところ、樹脂ケースの側面は抵抗発熱体１０の線膨張による膨らみが発生した。

更に、樹脂ケースを分解して抵抗発熱体１０の状態を確認したところ、図９に示す様に、抵抗発熱体１０は膨らんで外部に露出する直前であった。

したがって不良品として処分するしかなかった。

１０抵抗発熱体
１１円曲部
２０下ケース
２２溝
３０上ケース
３２溶着リブ

Claims

ａ.樹脂製下ケースの側壁の接合面に抵抗発熱体の収容溝を形成してここに抵抗発熱体をセットすると共に樹脂製上ケースの側壁の下端面に前記収容溝内に嵌合する溶着リブを形成し、前記抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させ、前記収容溝内と溶着リブを溶融して下ケースに上ケースを溶着する樹脂製ケースの熱溶着装置において、
ｂ.前記下ケースの収容溝の一部を水平方向に湾曲させて抵抗発熱体の線膨張を吸収する湾曲溝部を形成すると共にこの湾曲溝部と対向する前記上ケースの溶着リブ側には、前記湾曲溝部と同じように湾曲した湾曲リブ部を形成したこと、
ｃ.前記抵抗発熱体の一部であって、前記下ケースの湾曲溝部内に収まる位置に湾曲変形部を形成したこと、
ｄ.を特徴とする樹脂製ケースの熱溶接装置。
前記下ケースの湾曲溝部及び上ケースの湾曲リブ部及び抵抗発熱体の湾曲変形部を一箇所又は複数箇所設けたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂製ケースの熱溶着装置。