JP2024017064A - 無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン - Google Patents

Abstract

【課題】熱風を使用しない無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンの提供を課題とする。【解決手段】内周面を熱伝導可能に接触させる筒状部を形成した、高熱伝導率の母材加熱用アタッチメントを脱着可能に固定した第一ヒーターと、溶接棒の外周面の所定の範囲を接触させる面を形成し、母材加熱用アタッチメントの先端部の近傍に配設された溶接棒加熱用アタッチメントを備えた第二ヒーターと、第一ヒーターの温度を測定する第一温度計、及び、第二ヒーターの温度を測定する第二温度計からの温度情報により第一ヒーター又は第二ヒーターをオンオフ制御する制御部と、を備え、材加熱用アタッチメントの底面形状は母材同士の接合される面に面あわせ可能な面を形成し、溶接棒加熱用アタッチメントの溶接棒を接触させる面を溶接棒が母材に接地する近傍の高さに設けた無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンにより課題解決できた。【選択図】 図１

Description

本発明は、塩化ビニルなどの熱可塑性汎用プラスチックの溶接にも、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、変性ポリフェニレンエーテル繊維及びセルロースナノファイバー等の繊維が含有された繊維強化プラスチックの溶接にも使用可能な無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンに関する。

特許文献１には、プラスチック製溶接材の溶接に使用するこてであって、下端部には周方向にガイド溝を付設した押えロールを具え、該押えロールを把手部に連結する支持アームには、溶接材を押えロールの前面側に案内するガイド部を一体に形成してなるプラスチック溶接こてが開示されている。溶接用ヒータから熱風を吹きかけてプラスチック製溶接材と母材を加熱する溶接方法である。

特許文献２には、ノズル部に設けられた溶接素材供給管から第１の溶接素材を供給するとともに、気体供給部からセラミックヒーターが内蔵された熱風供給管に気体を供給して前記セラミックヒーターにより前記気体を加熱し熱風とし、前記熱風を前記熱風供給管に接続された熱風放出管に送り出し、前記ノズル部に設けられ前記熱風放出管に接続された熱風導入管に導入し、前記ノズル部に設けられたローラにより前記第１の溶接素材を先端部から後端部まで長さ方向に前記熱風を噴射することにより加熱、押圧して軟化、焼成し、次いで前記ローラを前記第１の溶接素材の先端部に戻した後前記第１の溶接素材の上に幅方向が一部重なり合うように第２の溶接素材を供給し、前記第１の溶接素材と前記第２の溶接素材の重なり合う部分を前記熱風を噴射することにより溶融しながら前記ノズル部に設けられたローラにより前記第１の溶接素材と前記第２の溶接素材の重なり合う部分の先端部から後端部まで長さ方向に圧力を付加して前記第１の溶接素材と前記第２の溶接素材の重なり合う部分を圧着して一体化させ、前記ノズル部に設けられた冷却管から冷却風を供給して前記第１の溶接素材と前記第２の溶接素材の重なり合う部分を冷却する、樹脂、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、又は炭素素材の溶接方法が開示されている。

特許文献３には、溶接棒を被溶接部材の披溶接郎に当て、この被溶接部を溶接装置から吹出される熱風によって加熱溶融して溶接するブラスチックの溶接方法において、第１の加熱手段により前記被溶接部材の被溶接部を実質的に溶融状態とした後、さらに第２の加熱手段により溶融した被溶接部を披溶接部材の融点以下に下がらない温度に保持すると同時に前紀溶接棒を加熱溶融し、かかる状態の該被溶接部材の波溶接部を前紀溶接棒で溶接することを特徴とするプラスチックの溶接方法が開示されている。

特開平８－１７４６７７号公報 特許第５８８３２３５号公報 特開平２－９２５２０号公報

特許文献１～３のいずれかの発明は、母材と溶接棒を熱風で溶融させるため、熱風の母材や溶接棒への当て方によって溶接強度にバラツキが出やすく、母材と溶接棒への熱風の当て方に熟練技能を必要とするのでプラスチック溶接作業者が一人前に育つのにかなりの訓練期間を要するという問題があった。

また、特許文献１の段落００３５に炭素繊維プラスチックの場合はこれらの繊維を溶接するためには８００～２０００℃程度に温度を上げなければ溶接できないと記載されている。作業者が２０００℃の高温に加熱した熱風で溶接作業をするのは火傷の危険があるという問題があった。また、樹脂の融点は、例えばポリエチレン１３０℃、ポリプロピレン１７０℃であるので、炭素繊維自体は溶解しないが接合の機能を有する樹脂が溶融又は蒸発したり、劣化したり、樹脂成分がなくなって繊維のみになったりして、溶接にとって不可欠な接合機能の樹脂を接合に必要な量より量的不足にさせて溶接ができないという問題もあった。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、プラスチックの溶接において、熱風による溶接作業を不要とすることができ、溶接強度のバラツキが小の溶接品質が得られ、一人前になるまでの訓練期間を短縮できる無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンの提供を課題とする。

請求項１に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンは、プラスチック母材同士を溶接する無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンであって、前記母材を溶融する温度に昇温可能で、接合される母材のそれぞれの接合面に接触可能な底面形状を有する外周面を形成した筒状体で高熱伝導率の母材加熱用アタッチメント内に外周面を面接触させて挿入され、前記母材加熱用アタッチメントを脱着可能に固定した第一ヒーターと、溶接棒を溶融する温度に昇温可能で、前記溶接棒の外周面の円周方向で所定の範囲を接触させる面を形成し、前記母材加熱用アタッチメントの先端部の近傍に配設された溶接棒加熱用アタッチメントを備えた第二ヒーターと、前記第一ヒーターの温度を測定する第一温度計と、前記第二ヒーターの温度を測定する第二温度計と、前記第一温度計及び前記第二温度計からの温度情報により前記第一ヒーター又は第二ヒーターをそれぞれオンオフ制御する制御部と、を備え、前記第一ヒーターは、前記第一ヒーターの先端が前記母材加熱用アタッチメントの筒状部の先端近傍まで前記母材加熱用アタッチメントに挿入されており、前記溶接棒加熱用アタッチメントの前記溶接棒を接触させる部位の下端を、前記母材加熱用アタッチメントの高さ方向及び左右方向の範囲内であって前記母材に接しない範囲内に設けることを特徴とする。

請求項２に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンは、請求項１において、前記溶接棒の外周面の円周方向の所定の範囲が、前記溶接棒の外周面の円周方向の約１／４～約３／４の範囲のいずれかで設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンは、請求項１又は２において、前記第一ヒーターの加熱温度を前記母材の融点以上で前記融点近傍の温度とし、前記第二ヒーターの加熱温度を前記溶接棒の融点以上で前記融点近傍の温度とすることを特徴とする。

請求項４に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンは、請求項１又は３において、溶接時の進行方向で前記第二ヒーターの後側に、前記母材のそれぞれの接合面の間に充填された前記溶接棒の溶融部及び前記母材の溶融部を押圧する押圧体を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明は、熱風噴出口と母材との間隔の調整技能や熱風を当てる範囲を正確に行う技能などを要する熱風を使用する溶接ではなく、加熱体を母材や溶接棒に当てて熱伝導で母材や溶接棒を加熱させ溶融させて溶接することができるので、溶接強度のバラツキが小の溶接品質を得ることができ、母材や溶接棒に加熱体を当てればいいので一人前に早期に育成できるという効果も奏する。

接合させる２つの母材の接合面が形成する角度や形状が異なっても、脱着可能の母材加熱用アタッチメントを形成される母材の接合面に面当たり可能なものに取り替えるようにしているので、接合させる２つの母材の接合面が形成する角度がいかなる傾斜角度であっても前記母材加熱用アタッチメントを取り替えることにより容易に適応させることができるという効果を奏する。

請求項２に記載の発明は、溶接棒の下端部の外周面を円周方向に全周にわたって加熱すれば溶接棒の下端部が円周方向で全周にわたって溶融してしまい、母材の溶融部に溶接棒の下端部の溶融部を押し付けることが困難であるが、第二ヒーターを溶接棒の円周方向で全周の約半周分しか接触させないようにすることにより、溶接棒が加熱体に接触して溶融する円周方向の約半周分と、溶接棒が加熱体に非接触で溶融しない非溶融部の円周方向の約半周分とにすることにより、溶接棒に残った非溶融部を下方に押し付けて腰のように曲げることもできるので、溶接棒の溶融部を母材の溶融部に押し付けることができ、空隙やピンホール等の溶接欠陥を発生させずかつ溶接強度の確保ができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明は、母材の接合面を溶融するのに必要な加熱温度と、溶接棒を溶融するのに必要な加熱温度とは材質などの相違から異なることに適応させて、母材の溶融と溶接棒の溶融にそれぞれ別々に最適な加熱温度を設定をすることができる。例えば、繊維強化プラスチックの場合は母材を溶融させる加熱温度が溶接棒を溶融させる加熱温度より高い傾向にあるので、母材に適する加熱温度で溶接棒を加熱させると溶接棒が必要以上に溶融してしまい、溶接棒を母材の溶融部に押し付けることが困難になるという問題が生ずるが、母材と溶接棒とをそれぞれ別個に加熱温度を制御できるので溶接棒の下端部の円周方向で約半周分の溶融部を母材の接合面である表面層の溶融部に押し付けることができ、空隙やピンホール等の溶接欠陥を発生させずかつ溶接強度の確保ができるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明は、溶接棒の溶融した部分を母材の接合面の表面層の溶融部分にさらに押し付けるので溶接強度の品質の安定化をさらに図ることができるという効果を奏する。

本発明の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンの構成説明図である。 本発明の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンに溶接棒を取り付けた説明図である。 図１におけるＡ－Ａ断面の説明図で、（ａ）は母材加熱用アタッチメントの部分の断面説明図で、（ｂ）は突き合せ継手の場合の開先面である接合面に母材加熱用アタッチメントが挿入された状態の説明図である。 図１におけるＢ部の縦断面説明図である。 図１におけるＥ部横断面図で、（ａ）は図１に示したように第二ヒータが溶接棒の左右方向側に配設した状態を示す説明図で、（ｂ）は図示をしていないが第二ヒータが溶接棒の前後方向の前側つまり第一ヒータ側に配設した状態を示す説明図である。 比較例の説明図であり、一つのヒーターで母材と溶接棒を溶融する形態の説明図である。 図６におけるＣ部の断面説明図である。 突き合せ継手の場合の母材の接合面の説明図で、（ａ）は２つの母材を接合面で突き合せた状態の説明図で、（ｂ）が（ａ）のＤ－Ｄ断面の説明図である。 図８に示した接合面に本発明の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンを当てた、溶接作業前の状態の説明図である。 本発明の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンにより溶接作業中の状態の説明図である。 突き合せ継手の場合の溶接時の接合面の表面層の溶融状態の説明図で、（ａ）は溶接棒の非溶融部により溶接棒の溶融部が接合面の溶融した表面層に押し付けられた状態の説明図で、（ｂ）は（ａ）に示す溶接棒の非溶融部の上を押圧体で押圧をかけた後の状態の説明図である。 押圧体がローラ形態である場合の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン外観説明図である。 押圧体がヘラ形態である場合の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン外観説明図である。

プラスチック溶接は、一般的に作業者が熱風噴射機器を一方の片手で溶接棒を他方の片手で持ち、熱風で母材２０と溶接棒３０を溶融させて母材２０のプラスチックを溶接している。しかし、融点が８５℃のポリ塩化ビニルや２２５℃のナイロン６などの融点が２００℃前後までのプラスチックの溶接の場合は作業者による溶接作業が可能であるが、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、変性ポリフェニレンエーテル繊維及びセルロースナノファイバー等の繊維が含有された繊維強化プラスチックの場合には融点が、繊維含有量が増加するほど高くなり、例えば４００℃になるので、熱風が熱すぎて作業者による溶接作業には火傷などの災害発生の危険が予知される。

そこで、発明者は、作業者が溶接強度のバラツキの小さい溶接品質を得ることができ、安全にプラスチックの溶接ができる環境をつくるため、火傷の原因となる熱風を使用しないプラスチック溶接ガンの開発に取り組み、無風で熱伝導によりプラスチックを溶接できる無風熱伝導式プラスチック溶接ガンを想到した。

本発明の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン１は、図１、図２、図４又は図１０に示すように、
プラスチック母材２０ａ、２０ｂ同士を溶接する無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン１であって、前記母材２０ａ、２０ｂを溶融する温度に昇温可能で、接合される母材２０ａ、２０ｂのそれぞれの接合面２１ａ、２１ｂに接触可能な底面形状５ａを有する外周面を形成した筒状体で高熱伝導率の母材加熱用アタッチメント５内に外周面を面接触させて挿入され、前記母材加熱用アタッチメント５を脱着可能に固定した第一ヒーター２と、溶接棒３０を溶融する温度に昇温可能で、前記溶接棒３０の外周面の円周方向で所定の範囲を接触させる面を形成し、前記母材加熱用アタッチメント５の先端部の近傍に配設された溶接棒加熱用アタッチメント６を備えた第二ヒーター３と、前記第一ヒーター２の温度を測定する第一温度計７と、前記第二ヒーター３の温度を測定する第二温度計８と、前記第一温度計７及び前記第二温度計８からの温度情報により前記第一ヒーター２又は第二ヒーター３をそれぞれオンオフ制御する制御部９と、を備え、前記第一ヒーター２は、前記第一ヒーター２の先端が前記母材加熱用アタッチメント５の筒状部の先端近傍まで前記母材加熱用アタッチメント５に挿入されており、前記溶接棒加熱用アタッチメント６の前記溶接棒３０を接触させる部位の下端を、前記母材加熱用アタッチメント５の高さ方向及び左右方向の範囲内であって前記母材２０に接しない範囲内に設けている。

接合される母材２０ａ、２０ｂのそれぞれの接合面２１ａ、２１ｂが構成する形状は、母材２０ａ、２０ｂを接合させる継手の形態によって異なり、例えば、２つの母材の端部同士を突き合せる突き合せ継手の形状、２つの母材をＴ字型に接合させるＴ型継手の形状、２つの母材をＬ字型に接合させるＬ型継手の形状、２つの母材を面同士で重ねる重ね継手の形状などがある。前記突き合せ継手の場合の接合面２１ａ、２１ｂの形状は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、開先面が形成される。

本発明の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン１は、図１、図２又は図４に示すように、持ち手１１と、母材加熱用アタッチメント５を脱着可能に固定し、前記持ち手１１に母材加熱用ヒーター支持部４を介して固定された第一ヒーター２と、前記第一ヒーター２の温度を測定する第一温度計７と、溶接棒加熱用アタッチメント６を備えた第二ヒーター３と、前記第二ヒーター３の温度を測定する第二温度計８と、商用電源（図示なし）、前記第一温度計７、前記第二温度計８、前記第一ヒーター２及び前記第二ヒーター３と接続され、前記第一ヒーター２及び前記第二ヒーター３のオンオフ制御をする制御部９と、を備える。そして、前記第二ヒーター３は前記持ち手１１に支持アーム１０を介して固定されている。

作業者は、前記第一ヒーター２と前記第二ヒーター３とが固定された持ち手１１を一方の片手で持ち、溶接棒３０を他方の片手で持ち、前記母材加熱用アタッチメント５を、例えば、図８（ａ）に示すような母材２０ａ、２０ｂの接合部２１ａ、２１ｂに、図９又は図１０に示すように、押し当てながら移動させることによりプラスチック溶接をすることができる。

まず、前記第一ヒーター２は、例えばカートリッジヒーターであり、持ち手１１から下方に延設された、筒状体の母材加熱用ヒーター支持部４に固定され、かつ、熱伝導可能に接触するように筒状部を形成した、高熱伝導率を有する母材加熱用アタッチメント５の筒状部内に挿入されて、前記母材加熱用アタッチメント５の内周面に前記第一ヒーター２の外周面を密着又は接触させて脱着可能に、ボルトなどの固定手段１５により固定している。

前記第一ヒーター２の加熱用配線１２ａは、前記第一ヒーター２から前記母材加熱用ヒーター支持部４及び前記持ち手１１の内部の空洞部を貫通して制御部９に接続されている。

外観が円柱状体の前記第一ヒーター２の外周面は、図３（ａ）又は（ｂ）、図４に示すように、筒状体の前記母材加熱用アタッチメント５の内周面と全面当たりに接触可能な形状をし、前記第一ヒーター２の先端は、筒状体の前記母材加熱用アタッチメント５の空洞部の先端まで挿入されており、母材２０に接触する前記母材加熱用アタッチメント５の底面５ａの全域が前記母材２０ａ、２０ｂを溶融させる温度に加温可能にしている。先端まで挿入することにより、前記母材加熱用アタッチメント５の全長に亘って加熱させることができ、溶接棒３０の溶融部が押し付けられる位置まで母材２０ａ、２０ｂの接合面２１ａ、２１ｂの表面層を溶融状態にすることができる。

前記母材加熱用アタッチメント５の母材２０ａ、２０ｂの接合面２１ａ、２１ｂに接触させる底面５ａの形状は、例えば突き合せ継手の場合、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、前記母材２０ａ、２０ｂの接合面２１ａ、２１ｂの傾斜面に全面当たりで接触させる。そのため、開先角度が３０°の場合には前記底面の傾斜角度が３０°のものを、開先角度が４５°の場合には前記底面５ａの傾斜角度が４５°のものを準備しており、前記母材加熱用アタッチメント５を前記接合面２１ａ、２１ｂの開先角度に対応させて取替えることができる。取替時には、例えばボルトなどの固定手段１５により脱着可能に固定しているので容易に取替ることができる。

第一ヒーター２は、ナイロン６等の溶接に最適な温度が２００℃前後のプラスチックの溶接の場合にも、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、変性ポリフェニレンエーテル繊維及びセルロースナノファイバー等の繊維が含有された繊維強化プラスチックなどの溶接に最適な温度が１５０℃～７００℃の繊維強化プラスチックの溶接の場合にも対応できるように加熱温度を設定し昇温させることができる。

母材２０であるプラスチックが繊維強化プラスチックの場合は、繊維強化プラスチックは炭素繊維又はガラス繊維などの繊維とポリ塩化ビニルやナイロン６などの熱可塑性汎用プラスチックとの混合物であるので、溶融しない前記繊維の含有量が増加するほど溶接に最適な溶融温度が高くなる。一方、溶接棒３０は、母材２０の繊維含有量と同じ混合割合のものを使用するとは限らず、例えば母材２０の繊維含有量が４０重量％の繊維強化プラスチックの場合に、繊維が含有されないプラスチック溶接棒３０を使用する場合や繊維含有量が１０重量％のプラスチック溶接棒３０を使用する場合もあるので、溶接棒３０の溶接で必要とされる溶融温度は前記母材２０の溶接に最適な溶融温度とは異なり低い場合がある。

例えば、比較例として、図６又は図７に示すように、加熱体が第一ヒーター２しか備えていない場合は、母材加熱用アタッチメント５ｂを母材２０の接合面２１ａ、２１ｂに押し付けながら移動させ、かつ、溶接棒３０を、溶接棒加熱用アタッチメント６ａに当てながら下方に押し付ける溶接作業を行う。この場合には、温度測定は前記第一ヒーター２の温度を測定する。このようなプラスチック溶接ガンの場合は、母材２０への加熱温度と、熱可塑性汎用プラスチック溶接棒への加熱温度が同一となる。

前記比較例のように、繊維含有量が４０重量％の繊維強化プラスチックの母材２０への加熱温度と、繊維が含有されない熱可塑性汎用プラスチック溶接棒への加熱温度が同一の場合、前記母材２０が溶融する温度まで加熱させると、前記母材２０は接合面２１の表面層が適切な深さまで溶融するのに対して前記溶接棒３０の下端部が、円周方向で約半周分しか溶接棒加熱用アタッチメント６ａに接触していなかっても高い温度の熱伝導により前記溶接棒３０は円周方向で全周にわたって溶融してしまい、溶接棒を母材２０の接合面２１の表面層の溶融部に押し付けることができなくなるため、空隙やピンホール等の溶接欠陥が発生しやすく溶接強度が得られにくい。

これに対して、本発明である無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン１の場合は、前記母材２０を加熱する第一ヒーター２と前記溶接棒３０を加熱する第二ヒーター３との２系列での加熱温度を別々に設定するようにしているので、図１０に示すように、溶接棒３０の円周方向の約半周分を溶接棒加熱用アタッチメント６に接触させても必要以上の高い温度ではないので円周方向で約半周分しか溶融せずに残りの約半周分は溶融しない部分が残る。これにより、溶接棒３０を母材２０の接合面２１の表面層の溶融部に押し付けることができ、空隙やピンホール等の溶接欠陥を発生させず安定した溶接強度が得られる。

すなわち、前記第一ヒーター２の加熱温度を前記母材２０の溶接に最適な溶融温度以上で前記溶融温度近傍の温度とし、前記第二ヒーター３の加熱温度を前記溶接棒３０の溶接に最適な溶融温度以上で前記溶融温度近傍の温度と別々に設定し、かつ前記温度を維持させることができる。

また、前記第一ヒーター２は例えば約７００℃まで加熱可能な電気ヒーターであり、前記第二ヒーター３は例えば約７００℃まで加熱可能な電気ヒーターであり、前記第一ヒーター２又は第二ヒーター３としては、例えば発熱体であるニクロム線をＳＵＳ製、チタン製、銅製等の熱伝導率の高い材質からなる金属パイプで覆ったカートリッジヒーター等がある。

次に、前記第二ヒーター３は、例えばカートリッジヒーターがあり、前記持ち手１１から延設された支持手段１０に固定されており、溶接棒３０を溶接に最適な溶融温度に昇温可能で、前記溶接棒３０の外周面の所定の範囲に接触させる面を形成し、前記母材加熱用アタッチメント５の先端部の近傍に配設された溶接棒加熱用アタッチメント６を脱着可能に固定状態で備えている。前記近傍とすることにより、例えば突き合せ継手の場合、母材２０ａ、２０ｂの接合面２１ａ、２１ｂの表面層の溶融部に、溶接棒３０の下端部の溶融部を押し付けて接合させることができる。

前記第二ヒーター３の加熱用配線１２ｂは、前記第二ヒーター３から前記支持アーム１０の空洞部内、及び、前記持ち手１１の空洞部内を貫通して制御部９に接続されている。

前記溶接棒３０の外周面の円周方向の所定の範囲が、図５（ａ）、図５（ｂ）、図１０又は図１１に示すように、前記溶接棒３０の外周面の円周方向の約１／４～約３／４の範囲のいずれかにしている。前記範囲は溶接棒３０の加熱範囲となり溶接棒３０が溶融する範囲となる。これは、例えば、前記溶接棒３０の外周面の円周方向の全周を囲繞するように前記第二ヒーター３から伝熱される前記溶接棒加熱用アタッチメント６を設けると、前記溶接棒３０の円周方向の全周が溶融してしまい前記溶接棒３０の前記溶接棒加熱用アタッチメント６に接触した下端部がすべて溶融するので、前記溶接棒３０の下端部を母材２０の接合面２１に押し込むことができなくなり、空隙やピンホール等の溶接欠陥が発生して溶接強度を確保困難になることがわかったため、前記溶接棒３０の外周面の円周方向の約半周分を加熱し他の約半周分を加熱しない非溶融部３１を残すことにより、前記溶接棒３０の下端部の溶融部を母材２０の接合面２１の溶融部に向けて押し込むことができ必要な溶接強度を得ることができる。

前記溶接棒３０の外周面の円周方向の約１／４～約３／４の範囲のいずれにするかは、溶接棒３０の直径や材質などの種類によって変わるので、前記溶接棒３０の円周方向の約半周分を溶融し他の約半周分を非溶融部３１として残して、前記溶接棒３０の下端部に残した非溶融部３１が母材２０の接合面２１に前記溶接棒３０の下端部の溶融部を押し込むことができるように前記範囲を設定するとともに、図１１（ａ）に示すように、前記非溶融部３１が前記接合面２１の幅より小さくなるようにすることが必要であるので、この要件を満たすように前記溶接棒３０の外周面の円周方向の約１／４～約３／４の範囲のいずれにするかを設定する。

また、前記溶接棒加熱用アタッチメント６の形態は、図５（ａ）に示すように、前記第二ヒーター３から横方向であって、かつ前記第一ヒーター２の後側Ｒに溶接棒３０を位置させる形態、又は、図５（ｂ）に示すように、前記第二ヒーター３の後側Ｒであって、かつ前記第一ヒーター２の後側Ｒに溶接棒３０を位置させる形態がある。

前記溶接棒加熱用アタッチメント６の前記溶接棒３０を接触させる部位の下端部を、前記母材加熱用アタッチメント５の高さ方向及び左右方向の範囲内であって前記母材２０に接しない範囲内に設ける。前記母材加熱用アタッチメント５の高さ方向及び左右方向の範囲内は、言い換えれば２つの前記母材２０ａ、２０ｂの接合面２１ａ、２１ｂ間の真上であって、前記母材２０ａ、２０ｂに接地する近傍の高さに該当する。溶接棒加熱用アタッチメント６の前記溶接棒３０を接触させる部位の下端部を、前記母材２０ａ、２０ｂに接地する近傍の高さに設けるのは、加熱した母材２０に加熱した溶接棒３０の下端部が接地するまでの距離が長くなると母材２０の溶融部の温度が空冷により低下し溶接棒３０の溶融部の温度が空冷により低下して溶融による接合ができなくなるのを防ぐためである。

次に、前記第一温度計７は前記母材加熱用アタッチメント５の外周面に取り付けられて前記第一ヒーター２の温度を測定し、第二温度計８は前記第二ヒーター３の外周面に取り付けられて前記第二ヒーター３の温度を測定する。前記第一温度計７又は前記第二温度計８は、取得した温度情報を電気信号として取り出せるものがよく、例えば熱電対などがある。

前記第一温度計７と制御部９は配線１３ａで接続され、前記第一温度計７からの温度情報の電気信号は配線１３ａを介して制御部９に伝わり、前記第二温度計８と制御部９は配線１３ｂで接続され、前記第二温度計８からの温度情報の電気信号は配線１３ｂを介して制御部９に伝わる。

次に、前記制御部９は、図１又は図２に示すように、前記第一ヒーター２と配線１２ａで接続され、第二ヒーター３と配線１２ｂで接続され、前記第一温度計７と配線１３ａで接続され、前記第一温度計７と配線１３ｂで接続され、商用電源と接続されている。前記制御部９は、第一ヒーター２と第二ヒーター３とそれぞれに溶接に最適な温度を設定し、その後、前記第一ヒーター２又は第二ヒーター３が設定された温度を維持させるために、前記第一温度計７及び前記第二温度計８からの温度情報により電源のオンオフ制御をする。

次に、押圧体１８について説明する。前記押圧体１８は、溶接時の進行方向で前記第二ヒーター３の後側Ｒに、前記母材２０のそれぞれの接合面２１の間に充填された前記溶接棒３０の溶融部及び前記母材２０の溶融部を押圧する。前記押圧体１８は、図１２に示すように、ローラ形態１８ａ、又は、図１３に示すように、ヘラ形態１８ｂなどがあり、２つの前記母材２０の前記接合面２１間に充填された溶接棒３０の溶融部を押し付けできる形態であればいずれの形態でもよい。前記押圧体１８がローラ形態１８ａの場合は支持アーム１０から突設された支持アーム１９に回転自在に固定され、前記ヘラ形態１８ｂの場合は前記支持アーム１０から突設された支持アーム１９に固定されている。

図９、図１０又は図１１（ａ）に示すように、前記ローラ形態１８ａは、前記第二ヒーター３の後側Ｒに、２つの前記母材２０の前記接合面２１間に充填され前記母材２０の表面より盛り上がった、溶融した溶接棒３０の表面にある非溶融部３１を下方に押し付ける。これにより、図１１（ａ）に示すような状態から図１１（ｂ）に示すような状態になるように押し付けて、溶接棒３０の溶融部と母材２０の溶融部とを圧縮してさらに強固に接合させる。

次に、無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン１の使用例について説明する。まず、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、母材２０が突き合せ継手の場合で説明する。母材２０ａと母材２０ｂとの突き合せ溶接する場合で、それぞれに接合面２１ａ、２１ｂが、すなわち開先面が形成されている。前記無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン１の母材加熱用アタッチメント５は前記接合面２１の傾斜面に全面当たり可能な形状のものを取り付けておく。

次に、制御部９の温度設定手段により第一ヒーター２及び第二ヒーター３の温度設定を母材２０の材質及び溶接棒３０の材質を考慮して行う。そして、一方の片手で持ち手１１を把持し、前記制御部９の電源をオンし、第一ヒーター２及び第二ヒーター３に通電させて加熱を開始し、前記第一ヒーター２及び前記第二ヒーター３の加熱温度が設定された温度まで到達した後に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一ヒーター２の母材加熱用アタッチメント５の底面５ａが母材２０ａ、２０ｂの開先面である接合面２１a、２１ｂに面接触するように押し当て、図９又は図１０に示すように、溶接棒３０をもう一方の片手で掴み下端部を第二ヒーター３の溶接棒加熱用アタッチメント６に接触させる。

次に、図１０に示すように、前記母材加熱用アタッチメント５を前記開先面である接合面２１に押し付けながら方向Ｘに進ませながら、溶接棒３０を前記溶接棒加熱用アタッチメント６に接触させながら下方にすなわち方向Ｚに前記溶接棒３０の溶融部が前記開先面である接合面２１間に充填される速度に合わせて徐々に押し付けていく。

これにより、図１０又は図１１（ａ）に示すように、前記母材加熱用アタッチメント５が接触し熱伝導により加熱された接合面２１の範囲Ｌ２は表面層が加熱され溶融される。なお、範囲Ｌ１は溶接される部分との比較のため接合面２１はそのままの状態を記載している。

また、溶接棒加熱用アタッチメント６との接触により円周方向の約半周分が溶融され、残りの円周方向の約半周分の非溶融部３１が残った溶接棒３０を、図１０に示すように、前記非溶融部３１の部分を曲げながら溶融された部分を母材の開先面である接合面２１ａ、２１ｂの溶融された表面層に押し付けることができる。押し付けた後の溶融部Ｔの形状は、図１１（ａ）に示すように、加熱された接合面２１の範囲Ｌ３において溶融部Ｔが母材２０の表面より盛り上がる形状ができる。この盛り上がりの状態となる範囲Ｌ３において溶接棒３０の溶融部分を母材２０の溶融された表面層に押し付けることにより、母材２０の溶融された表面層と、溶接棒３０の溶融された部分とがしっかりと接合されて溶接される。

そして、範囲Ｌ４において、押圧体１８の例えばローラ形態１８ａにより押圧をかけて、図１１（ｂ）に示すように、溶接棒３０の溶融部を母材２０の溶融部にさらに押し付けることにより、より一層溶接強度のバラツキの小の溶接品質のプラスチック溶接ができる。

次に、同一作業者により従来の熱風によるプラスチック溶接機による溶接と、本発明の無風熱伝導式プラスチック溶接ガン１によるプラスチック溶接との引張強度の比較を行った。いずれの場合も押圧体１８は使用しないで実施した。その結果を表１に示す。なお、溶接棒３０は、炭素繊維を３重量％又は１０重量％含有させた熱可塑性炭素繊維強化プラスチック用溶接棒３０（棒径３ｍｍ）を使用し、熱可塑性炭素繊維強化プラスチック部材の炭素繊維の含有量が、熱可塑性炭素繊維強化プラスチック部材を１００重量％として４０重量％の幅２０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、板厚２ｍｍの試験片を２枚突き合わせ溶接したときの引張速度５０ｍｍ／分での引張試験結果を表１に示す。溶接強度として引張強度を試験した。

表１から、炭素繊維含有量が３重量％の場合では、従来の熱風式溶接ガンを使用した場合の標準偏差は９．４で、本発明の無風熱伝導式プラスチック溶接ガン１を使用した場合の標準偏差は３．２でバラツキを約６６％も縮小させることができ、炭素繊維含有量が１０重量％の場合では、従来の熱風式溶接ガンを使用した場合の標準偏差は７．７で、本発明の無風熱伝導式プラスチック溶接ガン１を使用した場合の標準偏差は４．０でバラツキを約４８％も縮小させることができた。このバラツキを縮小させることができることは、溶接作業者の溶接技能による溶接品質のバラツキを小さくさせることができることを示しているので、溶接作業を新たに教える作業者を早期に一人前に育成させることができるようになるという効果を奏する。なお、引張強度は２０ＭＰａ以上あればいいのでいずれも溶接品質は問題ない。

１ 無風熱伝導式プラスチック溶接ガン
２ 第一ヒーター
３ 第二ヒーター
４ 母材加熱用ヒーター支持部
５ 母材加熱用アタッチメント
５ａ 底面
５ｂ 母材加熱用アタッチメント
６ 溶接棒加熱用アタッチメント
６ａ 溶接棒加熱用アタッチメント
７ 第一温度計
８ 第二温度計
９ 制御部
１０ 支持アーム
１１ 持ち手
１２ 配線
１３ 配線
１５ 固定手段
１８ 押圧体
１８ａ ローラ形態
１８ｂ ヘラ形態
１９ 支持アーム
２０ 母材
２１ 接合面
３０ 溶接棒
３１ 非溶融部
Ｌ 範囲
Ｔ 溶融部
Ｒ 後側
Ｘ 方向
Ｚ 方向

Claims (4)

1. プラスチック母材同士を溶接する無風熱伝導式プラスチック用溶接ガンであって、
   前記母材を溶融する温度に昇温可能で、接合される母材のそれぞれの接合面に接触可能な底面形状を有する外周面を形成した筒状体で高熱伝導率の母材加熱用アタッチメント内に外周面を面接触させて挿入され、前記母材加熱用アタッチメントを脱着可能に固定した第一ヒーターと、
   溶接棒を溶融する温度に昇温可能で、前記溶接棒の外周面の円周方向で所定の範囲を接触させる面を形成し、前記母材加熱用アタッチメントの先端部の近傍に配設された溶接棒加熱用アタッチメントを備えた第二ヒーターと、
   前記第一ヒーターの温度を測定する第一温度計と、
   前記第二ヒーターの温度を測定する第二温度計と、
   前記第一温度計及び前記第二温度計からの温度情報により前記第一ヒーター又は第二ヒーターをそれぞれオンオフ制御する制御部と、を備え、
   前記第一ヒーターは、前記第一ヒーターの先端が前記母材加熱用アタッチメントの筒状部の先端近傍まで前記母材加熱用アタッチメントに挿入されており、
   前記溶接棒加熱用アタッチメントの前記溶接棒を接触させる部位の下端を、前記母材加熱用アタッチメントの高さ方向及び左右方向の範囲内であって前記母材に接しない範囲内に設けることを特徴とする無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン。
2. 前記溶接棒の外周面の円周方向の所定の範囲が、前記溶接棒の外周面の円周方向の約１／４～約３／４の範囲のいずれかで設定されていることを特徴とする請求項１に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン。
3. 前記第一ヒーターの加熱温度を前記母材の融点以上で前記融点近傍の温度とし、前記第二ヒーターの加熱温度を前記溶接棒の融点以上で前記融点近傍の温度とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン。
4. 溶接時の進行方向で前記第二ヒーターの後側に、前記母材のそれぞれの接合面の間に充填された前記溶接棒の溶融部及び前記母材の溶融部を押圧する押圧体を備えたことを特徴とする請求項１又は３に記載の無風熱伝導式プラスチック用溶接ガン。