JP2012232564A - 相互摩擦溶着方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶着部位からの粉塵や剥離し易い糸バリ、その他の剥離し易い種々の形態のバリの発生を大幅に低減する。
【解決手段】先ず、両溶着部材を夫々振動或いは回転側治具と加圧側治具とに夫々保持する（ステップ１、２）。次に、両溶着部材の溶着部位に一定時間赤外線を照射して該溶着部位の活性を促す（ステップ３）。次に、溶着部材同士を接触させて加圧を開始する（ステップ４）。次に、所定の圧力の加圧状態において一方の溶着部材の振動或いは回転を開始する（ステップ５）。その後、相互摩擦により両溶着部材における溶着部位の温度が上昇し始める過程（ステップ６）、摩擦熱により両溶着部材における溶着部位が部分的に溶融を開始する過程（ステップ７）、継続的な摩擦熱の発生による摩擦時間と溶融量が比例する過程（ステップ８）、加圧状態維持のまま振動或いは回転を停止して冷却する過程（ステップ９）を経る。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱可塑性材料等の溶着部材同士を互いに相対運動させることによりその溶着部位を発熱溶融させて溶着する相互摩擦溶着方法に関するものである。
熱可塑性材料の溶着部材同士を互いに相対運動させることによりその溶着部位を発熱溶融させて溶着する相互摩擦溶着方法として、従来においては振動溶着法とスピン溶着法がある。
しかし、これら従来の振動溶着法とスピン溶着法にあっては、その工程中において溶着部位から粉塵や、図１０及び図１１の図面代用写真に示す剥離し易い糸バリ、図１２、図１３の図面代用写真に示すその他の剥離し易い種々の形態のバリが発生するという問題点がある。そして、このような粉塵や剥離し易いバリは製品内に取り込まれ易く、その場合には製品に求められる仕様を満足させることができないことになる。
このような問題点のある従来の振動溶着法とスピン溶着法について説明すると、それらは一般的に図９に示す工程をもって行われている。先ず、溶着する両溶着部材の夫々を振動或いは回転側治具と加圧側治具とに夫々保持し（ステップ１、２）、次に、溶着部材同士を接触させて加圧を開始し（ステップ３）、次に、所定の圧力の加圧状態において一方の溶着部材の振動或いは回転を開始する（ステップ４）。その後、相互摩擦により両溶着部材における溶着部位の温度が上昇し始める過程（ステップ５）、摩擦熱により両溶着部材における溶着部位が部分的に溶融を開始する過程（ステップ６）、継続的な摩擦熱の発生による摩擦時間と溶融量が比例する過程（ステップ７）、加圧状態維持のまま振動或いは回転を停止して冷却する過程（ステップ８）を経て最終的に両溶着部材の溶着が完了（ステップ９）するものである。
ところで、これまでの研究の結果、両溶着部材の溶着部位の温度が上昇し始めてから溶融し始めるまでの間の時間が長く、その間において長く摩擦動作を継続すると、前記の如き粉塵や剥離し易い糸バリ等が発生し易いことが判明しており、そして、従来の上記工程においてはステップ５とステップ６との間における時間がかかり、もって斯かる現象が起こることが判明している。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって、両溶着部材の溶着部位の摩擦熱による溶融工程に先立って、赤外線照射による溶着部位の活性を促す工程を加えることにより、従来方法の工程中における両溶着部材の溶着部位の温度が上昇し始めてから溶融し始めるまでの間の時間を短縮してその間における摩擦動作を少なくし、もって溶着部位からの粉塵や剥離し易い糸バリ、その他の剥離し易い種々の形態のバリの発生を大幅に低減することができるようになした相互摩擦溶着方法を提供しようとするものである。
而して、本発明の要旨とするところは、溶着する両溶着部材の溶着部位に赤外線を一定時間照射して該溶着部位の活性を促す工程と、その後該溶着部材同士を互いに相対運動させることにより該溶着部位を発熱溶融させる工程とを含み、該溶着部位から発生する粉塵や剥離し易い糸バリ等の発生を抑えることを特徴とする相互摩擦溶着方法にある。
また、上記方法において、その赤外線は、ピーク波長が２〜８μｍの赤外線であることが好ましい。
また、上記方法において、溶着部材同士の相対運動は、線形振動相対運動、二軸（平面）振動相対運動又は少なくとも一つの回転軸を中心に互いに回転し合う相対運動のいずれでもよい。
また、上記方法において、両溶着部材は、同一又は類似の熱可塑性材料の溶着部材としても、或いは、一方が熱可塑性材料の溶着部材であり、他方が熱可塑性材料以外の溶融可能な材料の溶着部材であるようにしてもよい。
更にまた、上記方法において、両溶着部材は、一方が木材、紙の如き浸透性を有する部材であり、他方が熱可塑性材料の溶着部材であるようにしてもよい。
本発明は、上記の如く、両溶着部材の溶着部位の摩擦熱による溶融工程に先立って、赤外線照射による溶着部位の活性を促す工程を加えたことにより、従来方法の工程中における両溶着部材の溶着部位の温度が上昇し始めてから溶融し始めるまでの間の時間を短縮してその間における摩擦動作を少なくすることができ、もって図４及び図５の図面代用写真に示す如く、溶着部位からの粉塵や剥離し易い糸バリ、その他の剥離し易い種々の形態のバリの発生を大幅に低減することができるものである。
本発明の実施形態に係る相互摩擦溶着方法の工程説明図である。 図１に示す工程を実施する具体的装置の説明図であり、赤外線の照射により両溶着部材の溶着部位の活性を促す状態を示すものである。 図１に示す工程を実施する具体的装置の説明図であり、両溶着部材同士を互いに相対運動させて溶着部位を発熱溶融させる状態を示すものである。 本発明によって溶着した両溶着部材における溶着部位の表面を倍率を２０倍として撮影した顕微鏡写真であり、溶着部位から粉塵や剥離し易いバリの発生がない状態を示すものである。 本発明によって溶着した図４と異なる両溶着部材における溶着部位の表面を撮影した写真であり、溶着部位から粉塵や剥離し易いバリの発生がない状態を示すものである。 溶着部材同士の相対運動の説明図であり、二軸（平面）振動相対運動を示す平面図である。 図６に示す二軸（平面）振動相対運動の正面図である。 溶着部材同士の相対運動の説明図であり、少なくとも一つの回転軸を中心に互いに回転し合う相対運動を示す正面図である。 従来の振動溶着法とスピン溶着法の工程説明図である。 従来の振動溶着法によって溶着した両溶着部材における溶着部位の表面を倍率を２０倍として撮影した顕微鏡写真であり、溶着部位から剥離し易い糸バリが発生している状態を示すものである。 図１０の顕微鏡写真の部位を上部側から倍率を３０倍として撮影した顕微鏡写真であり、溶着部位から剥離し易い糸バリが発生している状態を示すものである。 従来の振動溶着法によって溶着した図１０と異なる両溶着部材における溶着部位の表面を倍率を２０倍として撮影した顕微鏡写真であり、溶着部位から剥離し易い堆石状のバリが発生している状態を示すものである。 従来の振動溶着法によって溶着した図１０及び図１２と異なる両溶着部材における溶着部位の表面を撮影した写真であり、溶着部位から剥離し易いバリが発生している状態を示すものである。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
本発明は、上記の通り、溶着する両溶着部材の溶着部位に赤外線を一定時間照射して該溶着部位の活性を促す工程と、その後該溶着部材同士を互いに相対運動させることより該溶着部位を発熱溶融させる工程とを含むことを特徴とするものであり、具体的には図１に示す通りである。
而して、図１に示す本発明の工程は、先ず、溶着する両溶着部材の夫々を振動或いは回転側治具と加圧側治具とに夫々保持し（ステップ１、２）、次に、両溶着部材の溶着部位に一定時間赤外線を照射して該溶着部位の活性を促し（ステップ３）、次に、溶着部材同士を接触させて加圧を開始し（ステップ４）、次に、所定の圧力の加圧状態において一方の溶着部材の振動或いは回転を開始する（ステップ５）。その後、相互摩擦により両溶着部材における溶着部位の温度が上昇し始める過程（ステップ６）、摩擦熱により両溶着部材における溶着部位が部分的に溶融を開始する過程（ステップ７）、継続的な摩擦熱の発生による摩擦時間と溶融量が比例する過程（ステップ８）、加圧状態維持のまま振動或いは回転を停止して冷却する過程（ステップ９）を経て最終的に両溶着部材の溶着が完了（ステップ１０）するものである。
本発明の上記工程は、従来の振動溶着法及びスピン溶着法と全体的には略同様であり、本発明においてこれら従来の方法と異なる点は、本発明において上記ステップ３の工程を加えたことにある。即ち、本発明においては両溶着部材の溶着部位の摩擦熱による溶融工程に先立って、赤外線照射による溶着部位の活性を促す工程を加えており、この点において従来の方法と異なっている。
そして、本発明は、これにより、従来方法の工程中における両溶着部材の溶着部位の温度が上昇し始めてから溶融し始めるまでの間の時間を短縮してその間における摩擦動作を少なくすることができる、即ち、ステップ５とステップ６の工程を極めて短時間のうちに終了させてその間における摩擦動作を少なくすることができ、もって図４及び図５の図面代用写真に示す如く、溶着部位からの粉塵や剥離し易い糸バリ、その他の剥離し易い種々の形態のバリの発生を大幅に低減することができるものである。
次に、図２及び図３に示した上記本発明の工程を実施する具体的装置について説明する。尚、図２は赤外線照射により両溶着部材の溶着部位の活性を促す状態を示し、また、図３は両溶着部材同士を互いに相対運動させて溶着部位を発熱溶融させる状態を示すものである。
図中、１は振動溶着装置である。また、本実施形態における該振動溶着装置１は、線形振動相対運動を行う振動溶着装置である。
２はベース部材、３は前記ベース部材２の下部に、左右一方向のみにバネ定数を有する特殊スプリング４、４・・・を介して支持された振動エレメントである。５は前記振動エレメント３の下面に設置された振動側治具であり、溶着する両溶着部材のうちの一方を保持するものである。６、６は前記振動エレメント３の左右位置に対向状態に配置された電磁コイルであり、交互に前記振動エレメント３を引き付けて、これを左右方向に振動（線形運動）させるものである。
７は前記ベース部材２の直下位置に配設されたリフトテーブル兼加圧装置である。８は前記リフトテーブル兼加圧装置７の上面に設置された加圧側治具であり、溶着する両溶着部材のうちのもう一方を保持するものである。
９は前記振動側治具５と加圧側治具８との間に所定のタイミングで進入し、所定時間経過後に退出する赤外線照射装置である。また、本実施形態においては該赤外線照射装置９における赤外線として、ピーク波長が２〜８μｍの赤外線を用いている。また、１０、１１は溶着する両溶着部材であり、一方の溶着部材１０は前記振動側治具５に保持され、またもう一方の溶着部材１１は前記加圧側治具８に保持されている。また、本実施形態においてはこれら両溶着部材１０、１１は同一又は類似の熱可塑性材料の溶着部材であるが、この他、図示はしないが、両溶着部材１０、１１は、その一方が熱可塑性材料の溶着部材であり、もう一方が熱可塑性材料以外の溶融可能な材料の溶着部材であってもよい。更にまた、一方が木材、紙の如き浸透性を有する部材であり、他方が熱可塑性材料の溶着部材であってもよい。
而して、本発明は、図２に示す如く、先ず、両溶着部材１０、１１の夫々を、振動側治具５と加圧側治具８とに夫々保持し（ステップ１、２）、次に、赤外線照射装置９を振動側治具５と加圧側治具８との間に進入せしめ、所定の時間赤外線を両溶着部材１０、１１の溶着部位に照射する（ステップ３）。これにより両溶着部材１０、１１の溶着部位の活性を促す。そして、その後赤外線照射装置９を退出させる。
次に、図３に示す如く、リフトテーブル兼加圧装置７を上昇させて振動側治具５に加圧側治具８を接近させ、両溶着部材１０、１１同士を接触させて加圧を開始する（ステップ４）。次に、所定の圧力の加圧状態において一方の溶着部材１０の振動を開始する（ステップ５）。尚、この一方の溶着部材１０の振動は、電磁コイル６、６による振動エレメント３の左右方向への振動をもって行う。そして、その後は、相互摩擦により両溶着部材１０、１１における溶着部位の温度が上昇し始める過程（ステップ６）、摩擦熱により両溶着部材１０、１１における溶着部位が部分的に溶融を開始する過程（ステップ７）、継続的な摩擦熱の発生による摩擦時間と溶融量が比例する過程（ステップ８）、加圧状態維持のまま振動を停止して冷却する過程（ステップ９）を経て最終的に両溶着部材１０、１１の溶着が完了（ステップ１０）するものである。
本発明は、上記の如く、図３に示す両溶着部材１０、１１の溶着部位の摩擦熱による溶融工程に先立って、図２に示す赤外線照射装置９の赤外線照射による両溶着部材１０、１１の溶着部位の活性を促す工程が行われるから、従来方法の工程中における両溶着部材の溶着部位の温度が上昇し始めてから溶融し始めるまでの間の時間を短縮してその間における摩擦動作を少なくすることができるものである。そして、これにより図４及び図５の図面代用写真に示す如く、溶着部位からの粉塵や剥離し易い糸バリ、その他の剥離し易い種々の形態のバリの発生を大幅に低減することができるものである。
また、本実施形態においては、溶着部材１０、１１同士の相対運動として線形振動相対運動による場合を示したが、図６及び図７に示す二軸（平面）振動相対運動、或いは図８に示す少なくとも一つの回転軸を中心に互いに回転し合う相対運動によるようにしてもよい。
上記図６及び図７に示す二軸（平面）振動相対運動について説明すると、溶着する両溶着部材のうちの一方を円振動させるものである。
具体的な装置に基いて説明すると、１２は二軸（平面）振動相対運動を行う振動溶着装置である。また、１３は円板状のベース部材、１４は前記ベース部材１３の下部に、環状に配置された複数のスプリング１５を介して支持された円板状の振動エレメントである。１６は前記振動エレメント１４の下面に設置された振動側治具であり、溶着する両溶着部材のうちの一方を保持するものである。１７、１７、１７は前記振動エレメント１４の周囲に等間隔に配置された三個の電磁コイルであり、順次前記振動エレメント１４を引き付けて、これを水平に微小円振動させるものである。
１８は前記ベース部材１３の直下位置に配設されたリフトテーブル兼加圧装置である。１９は前記リフトテーブル兼加圧装置１８の上面に設置された加圧側治具であり、溶着する両溶着部材のうちのもう一方を保持するものである。また、２０、２１は溶着する両溶着部材である。尚、図においては赤外線照射装置は省略している。
而して、本振動溶着装置１２は、３個の電磁コイル１７、１７、１７をもって振動エレメント１４を水平に微小円振動させ、振動側治具１６に保持された一方の溶着部材２０に水平な円振動を行わせるものである。そして、これをもって両溶着部材２０、２１同士を互いに相対運動させるものである。
次に、図８に示す一つの回転軸を中心に互いに回転し合う相対運動について説明すると、溶着する円筒状をなす両溶着部材を、その中心を一致させた状態においてそのうちの一方を水平に回転させるものである。
具体的な装置に基いて説明すると、２２は一つの回転軸を中心に互いに回転し合う相対運動を行う溶着装置である。また、２３は電気モータ等で構成される回転装置である。また、２４は前記回転装置２３の回転軸２３ａに設置された回転側治具であり、溶着する円筒状をなす両溶着部材のうちの一方を保持するものである。
２５は前記回転装置２３の直下位置であって該回転装置２３の回転軸２３ａと一致する線上に配設されたリフトテーブル兼加圧装置である。２６は前記リフトテーブル兼加圧装置２５の上面に設置された加圧側治具であり、溶着する両溶着部材のうちのもう一方を保持するものである。また、２７、２８は溶着する円筒状をなす両溶着部材である。尚、図においては赤外線照射装置は省略している。
而して、本溶着装置２２は、回転装置２３を回転させて回転側治具２４を回転させ、該回転側治具２４に保持された一方の溶着部材２７に水平な回転を行わせるものである。そして、これをもって両溶着部材２７、２８同士を互いに相対運動させるものである。
本発明は、以上の通りであり、両溶着部材の溶着部位の摩擦熱による溶融工程に先立って、赤外線照射による溶着部位の活性を促す工程を加えたことにより、従来方法の工程中における両溶着部材の溶着部位の温度が上昇し始めてから溶融し始めるまでの間の時間を短縮してその間における摩擦動作を少なくすることができ、もって図４及び図５の図面代用写真に示す如く、溶着部位からの粉塵や剥離し易い糸バリ、その他の剥離し易い種々の形態のバリの発生を大幅に低減することができるものである。
１ 振動溶着装置
２ ベース部材
３ 振動エレメント
５ 振動側治具
６、６ 電磁コイル
７ リフトテーブル兼加圧装置
８ 加圧側治具
９ 赤外線照射装置
１０、１１ 溶着部材
１２ 振動溶着装置
１３ ベース部材
１４ 振動エレメント
１６ 振動側治具
１７、１７ 電磁コイル
１８ リフトテーブル兼加圧装置
１９ 加圧側治具
２０、２１ 溶着部材
２２ 溶着装置
２３ 回転装置
２３ａ 回転軸
２４ 回転側治具
２５ リフトテーブル兼加圧装置
２６ 加圧側治具
２７、２８ 円筒状をなす溶着部材

Claims (8)

  1. 溶着する両溶着部材の溶着部位に赤外線を一定時間照射して該溶着部位の活性を促す工程と、その後該溶着部材同士を互いに相対運動させることにより該溶着部位を発熱溶融させる工程とを含み、該溶着部位から発生する粉塵や剥離し易い糸バリ等の発生を抑えることを特徴とする相互摩擦溶着方法。
  2. 前記赤外線は、ピーク波長が２〜８μｍの赤外線である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
  3. 溶着部材同士の前記相対運動は、線形振動相対運動である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
  4. 溶着部材同士の前記相対運動は、二軸（平面）振動相対運動である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
  5. 溶着部材同士の前記相対運動は、少なくとも一つの回転軸を中心に互いに回転し合う相対運動である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
  6. 両溶着部材は、同一又は類似の熱可塑性材料の溶着部材である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
  7. 両溶着部材は、一方が熱可塑性材料の溶着部材であり、他方が熱可塑性材料以外の溶融可能な材料の溶着部材である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
  8. 両溶着部材は、一方が木材、紙の如き浸透性を有する部材であり、他方が熱可塑性材料の溶着部材である請求項１記載の相互摩擦溶着方法。
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