JP2015039816A - 樹脂部材の溶着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱風による樹脂部材同士の溶着接合において、接合強度に対して高い信頼性を得ることができる溶着装置を提供することにある。
【解決手段】外部から供給された加圧エアが、第１エア通路１５を流通中に加圧エア加熱用ヒータ１６と下側ヒータブロック加熱用ヒータ１３で加熱された下側ヒータブロック１０の２系統の加熱手段よって加熱されて高温加圧エアとなり、第２エア通路２５を流通中に該第２エア通路２５を構成する第１エアチャンバ２６、第１エア絞り部２８、第２エアチャンバ２７及び第１エア絞り部２８よりも合計断面積が小さい第２エア絞り部２９によって加圧されて高温高加圧エアとなり、第４エア通路４５を流通中に該第４エア通路４５を構成する波状板エア経路５５によって所定の流通方向に誘導されてスリット部４７を介して外部に噴出され、ワーク６０の所定の部分６２ｂに吹き付けられて加熱溶融する。
【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂部材の溶着装置に関するものであり、詳しくは、熱風で加熱溶融することにより樹脂部材同士を溶着接合する溶着装置に関する。
従来、樹脂部材同士を溶着接合するこの種の溶着装置としては、例えば、特許文献１に「樹脂部品の溶着装置」として開示された溶着方法がある。
それは、図８（ａ）、（ｂ）にあるように、下受け治具８０と上受け治具８１を、夫々に装着した樹脂部品Ｂと樹脂部品Ａの互いの接合面８２ａ、８３ａ同士が対向するように配置し、対向する樹脂部品Ｂと樹脂部品Ａの間に熱風型８４を配置する。
熱風型８４は、樹脂部品Ａと対向する側の面（上面）及び樹脂部品Ｂと対向する側の面（下面）の夫々に、樹脂部品Ａ及び樹脂部品Ｂの夫々の接合面８３ａ、８２ａに対して全周に亘ってほぼ同形のノズル面８５ａ、８５ｂが備えられており、各ノズル面８５ａ、８５ｂには全長に亘って熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄが設けられている。
各熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄは、熱風型８４内に形成された熱風回路８５ｅを介して熱風源（図示せず）に接続され、熱風型８４の上面のノズル面８５ａが樹脂部品Ａの接合面８３ａに対して所定間隔ｄで対向すると同時に、熱風型８４の下面のノズル面８５ｂが樹脂部品Ｂの接合面８２ａに対して所定間隔ｄで対向した状態で、樹脂部品Ａの接合面８３ａ及び樹脂部品Ｂの接合面８２ａに対して熱風源から熱風回路８５ｅを通して加圧送風された熱風を吹き付けて加熱溶融する。
その後、対向する樹脂部品Ａと樹脂部品Ｂの間から熱風型８４を取り除いて、樹脂部品Ａの溶融した接合面８３ａと樹脂部品Ｂの溶融した接合面８２ａを押圧溶着し、冷却硬化によって互いに溶着接合され一体化された樹脂部品Ａ及び樹脂部品Ｂを得る。
特開２０１１−８８４３１号公報
ところで、上記特許文献１に開示された樹脂部品の溶着装置においては、樹脂部品Ａ及び樹脂部品Ｂの夫々の接合面８３ａ、８２ａが同一平面上になく高低差を有する場合、熱風回路８５ｅの熱風流路幅に対して各熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄの熱風流路幅の寸法が小さいため、熱風回路８５ｅから各熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄに向かう熱風は、流動抵抗が大きくなる熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄの入口において一部が熱風回路８５ｅの出口近傍で前記入口に沿って上方に押し上げられる。そのため、熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄの吹出口が高い位置にあるほど熱風吹出ノズル８５ｃ、８５ｄから噴出される熱風量が多くなり、接合面８３ａ、８２ａの溶融状態にムラが生じることになる。その結果、接合面８３ａ、８２ａの溶着強度が不均一なものとなって、樹脂部品Ａと樹脂部品Ｂの接合強度に対する信頼性を損なうものとなる。
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、熱風による樹脂部材同士の溶着接合において、接合強度に対して高い信頼性を得ることができる溶着装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、外部から供給したエアを流通途中に設けた加熱手段と加圧手段によって加熱加圧して外部に噴出し、それによって樹脂部材の所定の部分を溶融する樹脂部材の溶着装置であって、前記加熱手段は、前記エアを直接的及び／又は間接的に加熱するヒータであり、前記加圧手段は、前記エアが、該エアの流通方向の下流に位置するにつれて合計流通断面積が小さくなる、夫々複数のエア絞り部からなる複数のエア絞り部群を流通することにより加圧される前記複数のエア絞り部群であり、前記複数のエア絞り部群の夫々は、所定空間容積を有するエアチャンバの出口経路を形成していることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記複数のエア絞り部群の下流に、交互に連続する山と谷が平行に延設された形状の波状板で形成された波状板エア通路が設けられ、前記加熱手段及び前記加圧手段で加熱加圧されたエアが前記波状板エア通路を流通することにより所定の方向に誘導されることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項２において、前記波状板エア通路の下流に、前記エア絞り部群のうちの最も小さい合計流通断面積よりも更に小さい面積のエア噴出口が設けられていることを特徴とするものである。
本発明の樹脂部材の溶着装置は、外部から供給したエアが流通途中でヒータによって直接的及び／又は間接的に加熱されると共に夫々エアチャンバの出口経路を形成する複数のエア絞り部群を流通することにより加圧されて高温高加圧エアとなり、この高温高加圧エアが波状板間エア通路を流通することにより所定の方向に誘導されてエア噴出口から噴出され、樹脂部材の所定部分に吹き付けられて加熱溶融する。
その結果、エア噴出口から噴出された高温で高圧（高速）のエアは樹脂部材の所定部分に均一に吹き付けられて樹脂部材の所定部分を均一に加熱溶融し、強固な溶着接合によって高い信頼性を得ることができる。
本発明の樹脂部材の溶着装置に係わる実施形態の平面図である。 同じく、本発明の樹脂部材の溶着装置に係わる実施形態の縦断面図である。 広幅部の横断面図である。 樹脂部材の溶融装置の縦断面図を用いた動作説明図である。 波状板を有する第４エア通路を流れる高温高加圧エアの説明図である。 波状板を有しない第４エア通路を流れる高温高加圧エアの説明図である。 広幅部の波状エア通路の説明図である。 従来例の説明図である。
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図７を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
図１は本発明の樹脂部材の溶着装置に係わる実施形態の平面図、図２は縦断面図である。本実施形態の樹脂部材の溶着装置は、一例として、車両用灯具の、内部に光源を収容する灯室を形成するハウジングとレンズ（アウターレンズ）の溶着装置について説明する。
本実施形態の樹脂部材の溶着装置（以下、「溶着装置」と略称する）１は、基台２上に、断熱材３を介して下側ヒータブロック１０、中側ヒータブロック２０及び上側ヒータブロック３０の３層ブロック構造を有しており、上側ヒータブロック３０には、該上側ヒータブロック３０の上面３１の周縁部から該周縁部に沿って立ち上がって垂直方向に環状に延びる、互いに対峙する外側ヒータブロック４０と内側ヒータブロック５０が設けられている。
下側ヒータブロック１０と中側ヒータブロック２０の間には、下側ヒータブロック１０の上面１１と中側ヒータブロック２０の下面２２を互いに対向する壁面とする第１エア通路１５が設けられている。第１エア通路１５の端部側は、外部に設けられた加圧エア供給手段（図示せず）に連通する加圧エア供給口４に接続され、第１エア通路１５の、略中央部に設けられた後述する第３エア通路２３に向かう途中には、加圧エア供給口４から供給されて第１エア通路１５を流れてきた加圧エアを加熱するための加圧エア加熱用ヒータ１６が配設されている。
下側ヒータブロック１０には、該下側ヒータブロック１０を加熱するための下側ヒータブロック加熱用ヒータ１３が埋設されており、加圧エア供給口４から供給されて第１エア通路１５を流れる加圧エアが、下側ヒータブロック加熱用ヒータ１３で加熱された下側ヒータブロック１０の上面１１との接触部分で受熱して加熱される。
従って、加圧エア供給口４から供給されて、下側ヒータブロック１０と中側ヒータブロック２０の間に設けられた第１エア通路１５を流れる加圧エアは、加圧エア加熱用ヒータ１６と下側ヒータブロック加熱用ヒータ１３で加熱された下側ヒータブロック１０の２系統の加熱手段よって加熱されて高温化される。
中側ヒータブロック２０と上側ヒータブロック３０の間には、中側ヒータブロック２０の上面２１と上側ヒータブロック３０の下面３２を互いに対向する壁面とする第２エア通路２５が設けられている。第２エア通路２５は、中側ヒータブロック２０の略中央部を貫通する第３エア通路２３を介して第１エア通路１５に連通している。
第２エア通路２５は、中央部に位置する第３エア通路２３に連通する第１エアチャンバ２６と、第１エアチャンバ２６の外側に該第１エアチャンバ２６を環状に囲むように位置する第２エアチャンバ２７と、第１エアチャンバ２６と第２エアチャンバ２７に内外方向に沿って連通する第１エア絞り部２８と、第２エアチャンバ２７から同様に内外方向に沿って延びる第２エア絞り部２９を有している。
第１エア絞り部２８と第２エア絞り部２９においては、夫々が延びる内外方向に垂直な断面の合計面積は、第２エア絞り部２９が第１エア絞り部２８よりも小さくなるように設定されている。
外側ヒータブロック４０と内側ヒータブロック５０の間には、外側ヒータブロック４０の内側面４１と内側ヒータブロック５０の内側面５１を互いに対向する壁面とする環状の第４エア通路４５が設けられている。第４エア通路４５は、第２エアチャンバ２７から内外方向に沿って延びる第２エア絞り部２９に連通している。
第４エア通路４５は、第２エア絞り部２９に連通する下部の広幅部４６と広幅部４６の上部に位置し該広幅部４６よりも極めて幅の狭い狭幅部（以下、「スリット部」と呼称する）４７を有している。広幅部４６及びスリット部４７は夫々、環状の全周に亘って同一の幅で形成されている。
第４エア通路４５の広幅部４６には、該広幅部４６の対向する壁面を形成する外側ヒータブロック４０の内側面４１及び内側ヒータブロック５０の内側面５１の間に波状板４８が配設されている。波状板４８は、図３（広幅部の横断面図）にあるように、１枚の板に山５７と谷５８が平行に延設された形状を有しており、山５７及び谷５８の延設方向が広幅部４６の深さ方向（第４エア通路４５の広幅部４６からスリット部４７に向かう方向あるいはスリット部４７から広幅部４６に向かう方向）を向くように配置されている。
上記構成の溶着装置１を用いて車両用灯具の灯室を形成するハウジングとレンズ（アウターレンズ）を溶着する場合、まず、本溶着装置を用いてレンズ（以下、「ワーク」と呼称する）６０の、ハウジングとの溶着部分となる環状のシールリブの先端部を加熱溶融する。以下に、そのときの溶着装置１の動作について図４及び図５を用いて詳細に説明する。
図４（溶着装置の縦断面図を用いた動作説明図）より、ワーク６０は、光源から出射した光が透過する意匠面６１と、意匠面６１の周縁部から該周縁部に沿って立ち上がって垂直方向に環状に所定の長さ延びるシールリブ６２を有しており、このワーク６０を、シールリブ６２の環状の先端面６２ａが、第４エア通路４５のスリット部４７の開口部４７ａの環状全周に亘って直上に位置するように、且つ、スリット部４７の開口部４７ａまでの距離が開口部４７ａの環状全周に亘って所定の値で一定となるように、溶着装置１の上方にセットする。
このことより、第４エア通路４５のスリット部４７の開口部４７ａの環状形状は、予め、ワーク６０の溶着部であるシールリブ６２の先端面６２ａの環状形状と同一となるように設定されている。
そして、外部に設けられた加圧エア供給手段（図示せず）に連通する加圧エア供給口４から第１エア通路１５に供給された加圧エア（Ａ）は、第１エア通路１５を第３エア通路２３に向かって流れる。このとき、加圧エアは、第３エア通路２３に至るまでの途中行程において、第１エア通路１５に配設された加圧エア加熱用ヒータ１６及び下側ヒータブロック１０に埋設された下側ヒータブロック加熱用ヒータ１３によって加熱された下側ヒータブロック１０との２系統の加熱手段よって加熱されて高温の加圧エア（以下、「高温加圧エア」と呼称する）となる。
第３エア通路２３に至った高温加圧エアは、第３エア通路２３を流通して第２エア通路２５の第１エアチャンバ２６に流入し、その後順次第１エア絞り部２８、第２エアチャンバ２７及び第２エア絞り部２９を経て第４エア通路４５の広幅部４６に至る。
このとき、上記のように、第１エア絞り部２８と第２エア絞り部２９は、夫々が延びる内外方向に垂直な断面の合計面積、換言すると、高温加圧エアの流通方向に垂直な断面の合計面積が、第１エア絞り部２８よりも第２エア絞り部２９の方が小さくなるように設定されている。
そのため、第２エア絞り部２９を出口経路とする第２エアチャンバ２７内の高温加圧エアの圧力が、第１エア絞り部２８を出口経路とする第１エアチャンバ２６内の高温加圧エアの圧力よりも高くなる。また、第２エアチャンバ２７内の高温加圧エアが、第１エア絞り部２８よりも合計断面積が小さい第２エア絞り部２９を流通することにより更に圧力が高められて第４エア通路４５の広幅部４６に至る。
従って、第３エア通路２３を流通して第２エア通路２５の第１エアチャンバ２６に流入した高温加圧エアは、第１エアチャンバ２６、第１エア絞り部２８、第２エアチャンバ２７及び第２エア絞り部２９からなる第２エア通路２５を流通することにより、大幅に圧力が高められて高温の高加圧エア（以下、「高温高加圧エア」と呼称する）となる。
第４エア通路４５の広幅部４６に至った高温高加圧エアは、広幅部４６の対向する壁面を形成する外側ヒータブロック４０の内側面４１及び内側ヒータブロック５０の内側面５１の間に配設された波状板４８の山５７及び谷５８により形成される空間（以下、「波状板エア経路」と呼称する）５５を流通（図３参照）して波状板エア経路５５よりも幅の狭いスリット部４７に流入し、スリット部４７を流通して高温高加圧エアの噴出口となる開口部４７ａから噴出してワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂに吹き付けられて、該先端部６２ｂが加熱溶融される。
このとき、スリット部４７の開口部４７ａからワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂに向けて噴出される高温高加圧エアは、外部に設けられた加圧エア供給手段に連通する加圧エア供給口４を介して供給された加圧エアが、第１エア通路１５を流れて第３エア通路２３に至るまでの途中行程において、第１エア通路１５に配設された加圧エア加熱用ヒータ１６及び下側ヒータブロック１０に埋設された下側ヒータブロック加熱用ヒータ１３によって加熱された下側ヒータブロック１０との２系統の加熱手段よって加熱されている。従って、ワーク６０のシールリブ６２を溶融するだけの十分な温度（熱量）を保持している。
また、第１エア通路１５を流通して第３エア通路２３を介して第２エア通路２５に流入した高温加圧エアは、第２エアチャンバ２７の出口経路となる第２エア絞り部２９の合計断面積が第１エアチャンバ２６の出口経路となる第１エア絞り部２８の合計断面積よりも小さくなるように設定されているため、第４エア通路４５に近い側に位置する第２エアチャンバ２７内の圧力が第１エアチャンバ２６内の圧力よりも高くなる。そのため、第２エア絞り部２９を介して第４エア通路４５の広幅部４６に流入する高温高加圧エアは、該広幅部４６の環状全周に亘って均一な流量が保持される。
更に、図５（波状板を有する第４エア通路を流れる高温高加圧エアの説明図）にあるように、第４エア通路４５の広幅部４６に流入した高温高加圧エア（Ａ１）は、両側を、交互に連続する山５７と谷５８が平行に延設された形状を有する波状板４８により形成された波状板エア経路５５内を流通して上方に位置するスリット部４７に流入する。このとき、波状板エア経路５５内を流通する高温高加圧エア（Ａ１）は、波状板４８によって波状方向への流動が阻止されて環状全周に亘って山５７あるいは谷５８の延設方向に沿って誘導されてスリット部４７に向かって流れる。
そのため、スリット部４７の開口部４７ａからワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂに向けて噴出される高温高加圧エア（Ａ１）は、開口部４７ａの環状全周に亘って環状方向に対して均一な流量を確保することができ、ワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂ全体を均一な溶融状態とすることができる。
これに対し、第４エア通路４５の広幅部４６に波状板が設けられていない場合は、図６（波状板を有しない第４エア通路を流れる高温高加圧エアの説明図）にあるように、広幅部４６の幅に対してスリット部４７の幅の寸法が小さいため、広幅部４６からスリット部４７に向かう高温高加圧エア（Ｂ１）は、流動抵抗が大きくなるスリット部４７の入口（下部）において一部が広幅部４６の出口（上部）近傍でスリット部４７の入口に沿って上方に押し上げられる。そのため、スリット部４７の開口部４７ａが高い位置にあるほど開口部４７ａから噴出される高温高加圧エア（Ｂ１）の流量が多くなり、ワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂの溶融状態にムラが生じることになる。
また、第１エア絞り部２８、第２エア絞り部２９及びスリット部４７において、スリット部４７の合計断面積を最も小さくし、次に第２エア絞り部２９とし、第１エア絞り部２８の合計断面積を最も大きくした。これにより、第３エア通路２３から第２エア通路２５に流入した高温加圧エアは、第２エア通路２５及び第４エア通路４５においてスリット部４７の開口部４７ａに近くなるにつれて圧力が増し、スリット部４７の開口部４７ａからはワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂに対して高温高加圧エア（高温高速エア）が噴出される。
以上のように、スリット部４７のエア噴出口となる開口部４７ａからは、高温で高圧（高速）のエアが環状全周に亘って均一に噴出され、この高温高速エアによってワーク６０のシールリブ６２の先端部６２ｂ全体が均一に溶融される。
その後、ワーク(レンズ)６０の、溶融状態にあるシールリブ６２の先端部６２ｂを、ハウジングの、レンズ６０との環状の溶着部分に当接・押圧することでハウジングが加熱溶融されて互いの溶融部分同士の融合により、レンズ６０とハウジングとの強固で信頼性の高い溶着接合が実現する。
なお、外側ヒータブロック４０と内側ヒータブロック５０の間に設けられた第４エア通路４５の広幅部４６に波状板４８を配設する代わりに、図７（広幅部の波状エア通路の説明図）に示すように、外側ヒータブロック４０の内側面４１と内側ヒータブロック５０の内側面５１を、交互に連続する山５７と谷５８が互いに平行に延設された形状に形成することも可能である。これにより、広幅部４６の波状エア通路６５を流通する高温高加圧エアは、波状板４８で囲まれた波状板エア経路５５内を流通するときと同様に、波状方向への流動が阻止されて環状全周に亘って山５７あるいは谷５８の延設方向に沿って誘導される。
１… 樹脂部材の溶着装置
２… 基台
３… 断熱材
４… 加圧エア供給口
１０… 下側ヒータブロック
１１… 上面
１３… 下側ヒータブロック加熱用ヒータ
１５… 第１エア通路
１６… 加圧エア加熱用ヒータ
２０… 中側ヒータブロック
２１… 上面
２２… 下面
２３… 第３エア通路
２５… 第２エア通路
２６… 第１エアチャンバ
２７… 第２エアチャンバ
２８… 第１エア絞り部
２９… 第２エア絞り部
３０… 上側ヒータブロック
３１… 上面
３２… 下面
４０… 外側ヒータブロック
４１… 内側面
４５… 第４エア通路
４６… 広幅部
４７… 狭幅部（スリット部）
４７ａ… 開口部
４８… 波状板
５０… 内側ヒータブロック
５１… 内側面
５５… 波状板エア経路
５７… 山
５８… 谷
６０… レンズ（ワーク）
６１… 意匠面
６２… シールリブ
６２ａ… 先端面
６２ｂ… 先端部
６５… 波状エア通路

Claims (3)

  1. 外部から供給したエアを流通途中に設けた加熱手段と加圧手段によって加熱加圧して外部に噴出し、それによって樹脂部材の所定の部分を溶融する樹脂部材の溶着装置であって、
    前記加熱手段は、前記エアを直接的及び／又は間接的に加熱するヒータであり、
    前記加圧手段は、前記エアが、該エアの流通方向の下流に位置するにつれて合計流通断面積が小さくなる、夫々複数のエア絞り部からなる複数のエア絞り部群を流通することにより加圧される前記複数のエア絞り部群であり、
    前記複数のエア絞り部群の夫々は、所定空間容積を有するエアチャンバの出口経路を形成していることを特徴とする樹脂部材の溶着装置。
  2. 前記複数のエア絞り部群の下流に、交互に連続する山と谷が平行に延設された形状の波状板で形成された波状板エア通路が設けられ、前記加熱手段及び前記加圧手段で加熱加圧されたエアが前記波状板エア通路を流通することにより所定の方向に誘導されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂材料の溶着装置。
  3. 前記波状板エア通路の下流に、前記エア絞り部群のうちの最も小さい合計流通断面積よりも更に小さい面積のエア噴出口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂材料の溶着装置。
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