しかしながら、従来の補強方法は、溶融樹脂から成形した前記リブ材を前記押圧ローラで前記金属板に押圧して前記複合構造体を形成するために、該リブ材の形状によっては該リブ材の成形機構が複雑になるとともに、該リブ材を冷却して固化する必要があり該複合体の形成速度が低くなるという不都合がある。また、従来の補強方法は、加熱された前記金属板の温度が前記搬送ロボットによる搬送中に低下し、前記リブ材の溶着不良が発生することがあるという不都合がある。
そこで、図3に示すように、熱可塑性樹脂製長尺状成形体からなる補強部材Pを連続供給しながら、肉薄の金属板Mの表面に1対の押圧ローラ21,21で押圧して溶着することが考えられる。このとき、補強部材Pは、電熱ヒータ管22及び第1のホットエア噴射機23で溶着可能に加熱されている。また、金属板Mは、第2のホットエア噴射機24で加熱されている。そして、前記溶着の後に、冷却エア噴射機25で金属板M及び補強部材Pを冷却することにより、金属板Mの片面に補強部材Pを設けた複合構造体を形成する。補強部材Pは、長尺状成形体であるので、必要に応じてカッタ26で所定の長さに切断される。
しかし、図3の装置による補強方法によれば、金属板Mが肉薄であることから第2のホットエア噴射機24による加熱で変形し易く、得られる複合構造体の外観を損ねる虞がある。
そこで、本発明は、金属板等の被補強部材の変形を防止しつつ、該被補強部材に補強部材を溶着することができる補強方法及び装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の補強方法は、熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強方法であって、該補強部材として該被補強部材に対する当接部に磁性体を含有する熱可塑性樹脂製成形体を供給する工程と、誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する工程と、該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に溶着する工程とを備えることを特徴とする。
本発明の補強方法では、まず、供給された補強部材の当接部を誘導加熱によって溶着可能に加熱する。このとき、前記当接部は、含有された磁性体が前記誘導加熱によって加熱され、該磁性体から該当接部全体に熱伝導することにより、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上の目標温度範囲に加熱される。次に、前記当接部が溶着可能に加熱された前記補強部材を前記被補強部材に溶着することにより、該補強部材と前記被補強部材とが一体化されて該被補強部材を補強することができる。
本発明の補強方法によれば、前記誘導加熱によって前記補強部材の前記当接部は加熱されるものの前記被補強部材は全く加熱されないので、該被補強部材の変形を防止することができる。
尚、本発明の補強方法において、前記被補強部材は、所定の長さを備えるものであってもよく、長尺体であってもよい。
ところで、本発明の補強方法においては、前記磁性体から前記当接部全体に熱伝導するとき、該当接部の一部分が過剰に昇温し前記熱可塑性樹脂の軟化温度を大きく上回って劣化温度に達すると、該当接部が熱劣化する虞がある。
そこで、本発明の補強方法において、前記当接部を溶着可能に加熱する工程は、互いに昇温速度が異なる複数の加熱工程を備えることが好ましい。前記昇温速度が異なる複数の加熱工程を組み合わせることにより、前記補強部材を、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に確実に制御して加熱することができる。
また、前記複数の加熱工程を備える補強方法では、該複数の加熱工程は、前記補強部材の供給側ほど昇温速度が大きく排出側ほど昇温速度が小さくなるように行うことが好ましい。この場合には、まず、前記当接部を大きい昇温速度で加熱した後に、前記補強部材を前記供給側から排出側に移動させ、次に、該当接部を該供給側よりも小さい昇温速度で前記軟化温度以上の目標温度範囲に加熱する。前記補強部材の排出側において前記当接部を小さい昇温速度で加熱するので、該当接部を前記軟化温度以上の目標温度範囲により確実に制御して加熱することができる。
また、本発明の補強方法は、熱可塑性樹脂からなる補強部材により被補強部材を補強する補強装置であって、該被補強部材に対する当接部に磁性体を含有する熱可塑性樹脂製成形体からなる該補強部材を供給する供給手段と、誘導加熱により該当接部を溶着可能に加熱する誘導加熱手段と、該当接部が加熱された該補強部材を該被補強部材に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とする補強装置によって有利に実施することができる。
また、本発明の補強装置において、前記誘導加熱手段は、互いに磁束密度が異なる複数の誘導加熱手段を備えることが好ましい。前記磁束密度が異なることにより昇温速度が異なる複数の誘導加熱手段を組み合わせることにより、前記補強部材を、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上の目標温度範囲に確実に制御して加熱することができる。
また、前記複数の誘導加熱手段は、前記補強部材の供給側ほど磁束密度が大きく排出側ほど磁束密度が小さくなるように設けられていることが好ましい。この場合には、まず、前記補強部材の供給側に設けられた磁束密度の大きい誘導加熱手段により、前記当接部を加熱した後に、前記補強部材を前記供給側から排出側に移動させる。次に、前記補強部材の排出側に設けられ該供給側よりも磁束密度の小さい誘導加熱手段により、前記供給側の誘導加熱手段により加熱された前記当接部を前記軟化温度以上の目標温度範囲に加熱する。前記補強部材の排出側において前記当接部を磁束密度の小さい誘導加熱手段により小さい昇温速度で加熱するので、該当接部を前記軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に確実に制御することができる。
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。
図1に示す本実施形態の補強装置1は、自動車用外装部品に用いられる例えば厚さ0.7mmの鉄鋼製の金属板Mを被補強部材として用い、その片面に熱可塑性樹脂からなる補強部材Pを溶着することにより補強する装置である。
補強部材Pは、図2に示すように補強部Paと当接部Pbとの二層構造の長尺状成形体からなり、該当接部Pbが金属板Mに当接して溶着される。補強部Paは、例えばグラスファイバーを20質量%含有するナイロン6等の熱可塑性樹脂からなる。一方、当接部Pbは、例えばスチレン系エラストマー等の熱可塑性樹脂からなり、磁性体Fが分散されている。磁性体Fは、例えばフェライト系SUS、鉄鋼、軟鉄、鋼鉄、ニッケル等からなり、直径80〜150μm、長さ1〜3mmの繊維状であり、当接部Pb全体に対して30〜60質量%含有されている。
補強部材Pは、例えば、次のようにして得ることができる。まず、ペレット状のスチレン系エラストマーと繊維状の磁性体Fとを混合した混合物を溶融して棒状に押出成形する。次に、得られた押出成形体を裁断して得られた第1のペレットと、グラスファイバーを含むナイロン6からなる第2のペレットとをそれぞれ溶融する。次に、上下に重ねて設けられた2つのダイの一方から第1のペレットを溶融した第1の溶融樹脂を板状に押出成形するとともに、第1の溶融樹脂の押出成形体の上に、他方のダイから第2のペレットを溶融した第2の溶融樹脂を板状に押出成形する。この結果、スチレン系エラストマー及び磁性体Fの混合物からなる板状の押出成形体の上に、グラスファイバーを含むナイロン6からなる板状の押出成形体が積層され、その後冷却して固化することにより、補強部Paと当接部Pbとの二層構造の長尺状成形体からなる補強部材Pを得ることができる。
補強装置1は、ボビンBに巻回された長尺状成形体の補強部材Pを中継ローラRを介して引き出し、補強部材Pを、その始端側から末端側に向かって順に、ジグJに載置された金属板Mの片面に溶着することにより金属板Mを補強する。補強装置1は、筐体2内に収容されていて、図示しないロボットにより金属板Mの上方において任意の位置に移動可能である。筐体2には、補強部材Pを内部に供給する供給口2aと、補強部材Pが排出される排出口2bとが設けられている。
補強装置1は、供給口2aに近い側から遠い側へ順に、ボビンBに巻回された補強部材Pを引き出して筐体2内に連続供給する1対の送りローラ3と、補強部材Pの当接部Pbを誘導加熱によって溶着可能に加熱する誘導加熱機4と、補強部材Pを所定の位置で切断するカッタ5と、筐体2の底部に設けられ、排出口2bから排出された補強部材Pを金属板Mに押圧する1対の押圧ローラ6とを備える。また、補強装置1は、誘導加熱機4の下方の筐体2の底部に設けられ、金属板Mの表面を脱脂洗浄する大気プラズマ洗浄機7を備える。
誘導加熱機4は、補強部材Pの供給側に設けられた第1の誘導加熱コイル4aと、該補強部材Pの排出側に設けられた第2の誘導加熱コイル4bとを備える。第1の誘導加熱コイル4aは、第2の誘導加熱コイル4bよりも大きい磁束密度を有しており、第2の誘導加熱コイル4bよりも大きい昇温速度で補強部材Pの当接部Pbを加熱することができる。第1の誘導加熱コイル4aは、例えば、コイル単位長さにおける巻数を大きくしたり、コイル長さを短くすることにより、第2のコイル4bよりも大きい磁束密度に設定することができる。
本実施形態では、誘導加熱機4は2つの誘導加熱コイル4a,4bとを備えるとしているが、複数の誘導加熱コイルが補強部材Pの供給側ほど磁束密度が大きく排出側ほど磁束密度が小さくなるように設けられていればよく、その数は限定されない。
次に、補強装置1による金属板Mの補強方法を説明する。まず、ボビンBに巻回された長尺状成形体の補強部材Pを中継ローラRを介して送りローラ3で引き出し、誘導加熱機4の第1の誘導加熱コイル4a及び第2の誘導加熱コイル4bの内方へ連続供給する。このとき、補強部材Pは、当接部Pbが金属板Mに対向するように供給される。
次に、誘導加熱機4によって補強部材Pの当接部Pbを誘導加熱することにより、当接部Pbを溶着可能に加熱する。当接部Pbは、含有された磁性体Fが前記誘導加熱によって加熱され、磁性体Fから当接部Pb全体に熱伝導することにより、前記熱可塑性樹脂の軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に加熱される。
具体的には、まず、第1の誘導加熱コイル4aにより、当接部Pbを例えば350℃/秒の大きい昇温速度で前記熱可塑性樹脂の軟化温度未満で該軟化温度に近い温度まで加熱する。
次に、補強部材Pが供給側から排出側へ移動した後に、第2の誘導加熱コイル4bにより、当接部Pbを例えば200℃/秒の小さい昇温速度で加熱する。このとき、第2の誘導加熱コイル4bは小さい昇温速度で昇温するので、前記熱可塑性樹脂の劣化温度に達することなく当接部Pbを前記目標温度範囲に確実に制御して加熱することができる。
次に、当接部Pbが溶着可能に加熱された補強部材Pを、大気プラズマ洗浄機7によって脱脂洗浄された金属板Mと押圧ローラ6,6との間に供給する。このとき、金属板Mと押圧ローラ6との間に送り込まれる角度を小さくすることにより、補強部材P、特に加熱された前記当接部Pbにおいて前記角度の曲げによって生じる応力を低減することができる。
次に、当接部Pbが加熱された補強部材Pを押圧ローラ6で金属板Mの表面に押圧する。このとき、前記誘導加熱によって当接部Pbが溶着可能に加熱されているので、金属板Mを加熱しなくても当接部Pbを金属板Mの片面に溶着することができ、補強部材Pと金属板Mとを一体化して金属板Mを補強することができる。
そして、金属板Mに溶着された補強部材Pの長さが金属板Mの補強すべき所定の長さに近づいたとき、カッタ5で補強部材Pを切断することにより補強部材Pの供給が停止する。また、切断された補強部材Pを押圧ローラ6,6で押圧して補強部材Pの末端まで金属板Mに溶着することにより、金属板Mが所定の長さの補強部材Pにより補強される。
補強装置1は、図示しないロボットを介して長尺状成形体の補強部材Pの始端側から末端側に向かって移動するとともに金属板Mの幅方向に移動しながら、上記の動作を繰り返し行う。
本実施形態の補強装置1によれば、前記誘導加熱によって補強部材Pの当接部Pbは加熱されるものの金属板Mは全く加熱されないので、金属板Mの変形を防止することができる。
また、本実施形態の補強装置1によれば、補強部材Pの当接部Pbが金属板Mに溶着可能な程度に加熱されていればよく、補強部Pa及び金属板Mを加熱する必要がないので、金属板Mの補強に要するエネルギーを低減することができる。また、補強装置1全体において加熱されるのは当接部Pbだけであり、当接部Pb自体は小さいために短時間で冷却されるので、冷却設備を設ける必要がなく、装置構成を簡単なものにすることができる。
さらに、本実施形態の補強装置1によれば、昇温速度が異なる複数の誘導加熱コイル4a,4bを備えるので、当接部Pbを過剰に加熱して熱劣化させることを防止し、該当接部Pbを前記軟化温度以上且つ劣化温度未満の目標温度範囲に確実に制御することができる。
また、本実施形態では、長尺状成形体からなる補強部材Pを溶着可能に加熱した後に、金属板Mに溶着する工程で該補強部材Pを所定の長さに切断しているが、予め所定の長さに切断された成形体からなる補強部材Pを溶着可能に加熱し金属板Mに溶着するようにしてもよい。
また、本実施形態では、補強部材が溶着される被補強部材として金属板Mを用いるとしているが、金属板Mに代えて樹脂製の板材を用いることも可能である。