JP2023098045A - 融着装置及び融着方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この場合、金属プレートが無駄な熱容量体になってしまい、昇温・降温に時間を要し、また、エネルギ(電力)の無駄にもつながってしまう。
すなわち、本開示の一態様に係る融着装置は、重ね合わせられた熱可塑性樹脂を含む材料同士を融着する融着装置であって、前記材料に接触する加熱部と、前記材料との間で前記加熱部を挟み込む型と、を備え、前記加熱部は、電力で発熱するシート状の発熱体、絶縁層及び接触層を有し、前記発熱体を前記絶縁層で挟んだ構造が前記接触層に積層されて構成され、前記接触層は、常温時の熱伝導率が10W/m・K以上、かつ、常温時のヤング率が30GPa以上とされている。
図1に示すように融着装置100は、第1部材210及び第2部材220をコ・コンソリデーション(以下、単に「融着」ともいう。)するための装置である。
第1部材210は、例えば、板状のウェブ211及びウェブ211の対向する2辺のそれぞれから高さ方向に立設する板状のフランジ(側壁部)212を有しており、横断面形状がC型やハット型とされている。
第1部材210は、幅方向(フランジ212が対向する方向)の寸法を1としたとき、長さ方向(ウェブ211及びフランジ212が延在する方向)が5以上とされた長尺の部材とされている。
例えば、幅方向の寸法が100mmであれば、長さ方向の寸法は500mm以上となる。なお、これらの数値は例示に過ぎない。
第2部材220は、例えば、板状のウェブ221及びウェブ221の対向する2辺のそれぞれから高さ方向に立設する板状のフランジ(側壁部)222を有しており、横断面形状がC型やハット型とされている。
第2部材220は、幅方向(フランジ222が対向する方向)の寸法を1としたとき、長さ方向(ウェブ221及びフランジ222が延在する方向)が5以上とされた長尺の部材とされている。
例えば、幅方向の寸法が100mmであれば、長さ方向の寸法は500mm以上となる。なお、これらの数値は例示に過ぎない。
融着装置100は、このように配置された第1部材210及び第2部材220において、ウェブ211とウェブ221とを融着する。
また、上記で説明した第1部材210及び第2部材220の形状は例示であって、重なり合った板状の部分同士が接合される形態であれば、第1部材210及び第2部材220の形状は問わない。
図1及び図2に示すように、融着装置100は、第1グラファイトヒータ(加熱部)110及び第1ダイ(型)130を有する第1ユニット、及び、第2グラファイトヒータ(加熱部)120及び第2ダイ(型)140を有する第2ユニットを備えている。
このとき、第1ユニットは、第1部材210のフランジ212同士の内側に収容されたような形態となり、また、第2ユニットは、第2部材220のフランジ222同士の内側に収容されたような形態となる。
これによって、第1ユニット及び第2ユニットによって第1部材210及び第2部材220を加圧することができる。
第1グラファイトヒータ110は、第1部材210を加熱する機器である。第1グラファイトヒータ110の構成については後述する。
なお、第2ユニットの第2グラファイトヒータ120、第2ダイ140及び断熱材160は、第1ユニットの第1グラファイトヒータ110、第1ダイ130及び断熱材150に対応している。
融着装置100は、第1部材210及び第2部材220を加熱するための機器として第1グラファイトヒータ110及び第2グラファイトヒータ120を備えている。
以下、第1グラファイトヒータ110及び第2グラファイトヒータ120の構成について説明する。
なお、発熱体は、グラファイトシート114に限られず、電力で発熱するシート状のものであればよい。
絶縁材113は、グラファイトシート114と外カバー111及び内カバー112とを電気的に絶縁するための部材である。絶縁材113の抵抗値は、常温で200MΩ以上である。
外カバー111の材料には、熱伝導性に優れ所定の剛性を有するものが採用される。熱伝導性を評価する物性値としては熱伝導率が例示され、本実施形態では、常温で10W/m・K以上であることが好ましい。また、剛性を評価する物性値としてはヤング率が例示され、本実施形態では、常温で30GPa以上であることが好ましい。材料としては、銅系の金属、窒化アルミニウムや炭化ケイ素といった高熱伝導ファインセラミックス等が例示されるが、これに限定されることはない。
内カバー112の材料には、外カバー111と同様の物性を満たすものが採用される。なお、物性を満たしていれば、同じ材料である必要はない。
また、第1グラファイトヒータ110を構成する各要素を詳細に見れば、グラファイトシート114の厚さは0.3mm以下、絶縁材113の厚さは0.3mm以下、内カバー112及び外カバー111の厚さは1mm以下とされることが好ましい。
また、内カバー112は、第1グラファイトヒータ110から省略してもよい。一方で、外カバー111は、第1部材210に対する接触面として精度を確保するために必須である。
このとき、外カバー121の各側板と断熱材160及び第2ダイ140と間に断熱材161を設けてもよい。
図1及び図4から図6に示すように、融着装置100は、インラインプレート170を備えていてもよい。
インラインプレート170は、例えば第1ダイ130の長手方向の端面に対してボルト193で締結される。
板材171及び板材173の材料としては、強度と耐熱性に優れたものが採用される。材料としては、鉄等の金属が例示される。
これによって、樹脂が溶融することで、重ね合わせられた第1部材210及び第2部材220が相対的にずれやすい状態になったとしても、そのずれを防止できる。
なお、インラインプレート170は、第1部材210及び第2部材220に加えて、第1グラファイトヒータ110及び第2グラファイトヒータ120の端面に当接してもよい。
一方で、板材173は、断熱層としての断熱材172を板材171との間に設けておけば、板材171のように薄くする必要はない。むしろ、板材173は、インラインプレート170としての剛性を確保するために板材171よりも厚くしてもよい。
第2ダイ140を移動可能とした理由は、第1部材210及び第2部材220を加圧する際に第2ダイ140を第1ダイ130側に押し込むための移動代を確保するためである。
図1、図2及び図6に示すように、融着装置100は、サイドブロック180を備えていてもよい。
サイドブロック180は、第1部材210のフランジ212及び第2部材220のフランジ222の両側方に位置するように、ベースプレート191に立設した支柱192に取り付けられている。
これによって、樹脂が溶融することで、重ね合わせられた第1部材210及び第2部材220が相対的にずれやすい状態になったとしても、そのずれを防止できる。
一方で、板材183は、断熱層としての断熱材182を板材181との間に設けておけば、板材181のように薄くする必要はない。むしろ、板材183は、サイドブロック180としての剛性を確保するために板材181よりも厚くしてもよい。
図2に示すように、融着装置100は、プランジャ131,141を備えていてもよい。
プランジャ131は、例えば、第1ダイ130の側方を覆う外カバー111の側面に設けられてもよいし、第1ダイ130の側面に設けてもよい。
以上のように構成された融着装置100は、次のように第1部材210及び第2部材220を融着する。
すなわち、まず、図1及び図2に示すように、第1部材210のウェブ211と第2部材220のウェブ221とが重ね合わせられて外面同士が接触するように、第1部材210及び第2部材220を融着装置100にセットする。
第1グラファイトヒータ110は、グラファイトシート114を絶縁材113で挟んだ構造を外カバー111及び内カバー112で挟んで構成されているので、発熱体としてのグラファイトシート114の周囲にある熱容量体をコンパクト化することができる。
これによって、無駄な熱容量体を加熱する必要がなくなるので、昇温・降温に要する時間が短縮されて時間的に効率的な融着を実現でき、また、エネルギ(電力)的に効率的な融着を実現できる。第2グラファイトヒータ120についても同様である。
これによって、第1グラファイトヒータ110及び第2グラファイトヒータ120からの熱を効率的・集中的に第1部材210及び第2部材220(融着箇所)に伝えることができる。
すなわち、本開示の一態様に係る融着装置(100)は、重ね合わせられた熱可塑性樹脂を含む材料(210,220)同士を融着する融着装置であって、前記材料に接触する加熱部(110,120)と、前記材料との間で前記加熱部を挟み込む型(130,140)と、を備え、前記加熱部は、電力で発熱するグラファイトシート(114,124)、絶縁層(113,123)及び接触層(111,121)を有し、前記グラファイトシートを前記絶縁層で挟んだ構造が前記接触層に積層されて構成され、前記接触層は、常温時の熱伝導率が10W/m・K以上、かつ、常温時のヤング率が30GPa以上とされている。
これによって、無駄な熱容量体を加熱する必要がなくなるので、昇温・降温に要する時間が短縮されて時間的に効率的な融着を実現でき、また、エネルギ(電力)的に効率的な融着を実現できる。
これによって、加熱部からの熱を効率的・集中的に材料(融着箇所)に伝えることができる。
これによって、材料に含まれる樹脂が溶融することで重ね合わせられた材料同士が相対的にずれやすい状態になったとしても、そのずれを防止できる。
これによって、材料に含まれる樹脂が溶融することで重ね合わせられた材料同士が相対的にずれやすい状態になったとしても、そのずれを防止できる。
110 第1グラファイトヒータ(加熱部)
111 外カバー(接触層)
112 内カバー(接触層)
113 絶縁材(絶縁層)
114 グラファイトシート
120 第2グラファイトヒータ(加熱部)
121 外カバー(接触層)
122 内カバー(接触層)
123 絶縁材(絶縁層)
124 グラファイトシート
130 第1ダイ(型)
131 プランジャ
140 第2ダイ(型)
141 プランジャ
150 断熱材
151 断熱材
160 断熱材
161 断熱材
170 インラインプレート
171 板材
171a 表面(端部接触面)
172 断熱材(他の断熱材)
173 板材
174 長穴
180 サイドブロック
181 板材
181a 表面(側部接触面)
182 断熱材(更に他の断熱材)
183 板材
191 ベースプレート
192 支柱
193 ボルト
194 ピン
210 第1部材(材料)
211 ウェブ
212 フランジ(側壁部)
220 第2部材(材料)
221 ウェブ
222 フランジ(側壁部)
Claims (8)
- 重ね合わせられた熱可塑性樹脂を含む材料同士を融着する融着装置であって、
前記材料に接触する加熱部と、
前記材料との間で前記加熱部を挟み込む型と、
を備え、
前記加熱部は、電力で発熱するシート状の発熱体、絶縁層及び接触層を有し、前記発熱体を前記絶縁層で挟んだ構造が前記接触層に積層されて構成され、
前記接触層は、常温時の熱伝導率が10W/m・K以上、かつ、常温時のヤング率が30GPa以上とされている融着装置。 - 前記加熱部と前記型との間に設けられた断熱材を備えている請求項1に記載の融着装置。
- 前記材料の端面に当接する端部接触面を有するインラインプレートを備えている請求項1又は2に記載の融着装置。
- 前記インラインプレートは、前記端部接触面を形成している板材及び該板材に積層された他の断熱材を有している請求項3に記載の融着装置。
- 前記材料の側面に当接する側部接触面を有するサイドブロックを備えている請求項1から4のいずれかに記載の融着装置。
- 前記サイドブロックは、前記側部接触面を形成している板材及び該板材に積層された更に他の断熱材を有している請求項5に記載の融着装置。
- 前記材料は、前記型の側方を覆うように立設した側壁部を有し、
前記材料の前記側壁部を前記型から離間する方向に付勢可能な付勢部を備えている請求項1から6のいずれかに記載の融着装置。 - 請求項1から7のいずれかに記載の融着装置によって前記材料同士を融着する融着方法であって、
前記加熱部の前記発熱体を発熱させる工程と、
前記型を前記材料側に押し付ける工程と、
を含む融着方法。
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