JP2977035B1 - 熱可塑性樹脂成形品の熱溶着部構造 - Google Patents

熱可塑性樹脂成形品の熱溶着部構造

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Abstract

【要約】 【技術課題】 熱可塑性樹脂成形品の熱溶着部におい
て、その溶着強度を高める。又、対象となる成形品に求
められる溶着強度を得るための試験において、少ない回
数で目的の溶着強度に到達できる形状と寸法をあらかじ
め定義しておく。 【解決手段】 下ケース２０の溶着部に発熱体３０を定
着させる為の環状溝２１を周設し、上ケース１０の溶着
部には前記環状溝２１に嵌入する環状リブ１１を突設周
設し、使用する発熱体３０の直径をＤとした場合、 （イ）環状溝２１における両側壁の間隔Ｌを、１．３Ｄ
≦Ｌ≦１．６Ｄ （ロ）環状リブの肉厚Ｔを、ｌ．ｌＤ≦Ｔ≦１．２Ｄ （ハ）環状溝における外側側壁の高さＡを、Ａ≧２Ｄ （二）環状構における内側側壁の高さＢを、Ｂ≧２Ｄ （ホ）環状リブの高さＨを、Ｈ≧Ａ に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対面する溶着すべ
き熱可塑性樹脂成形品の溶着部に、電圧の印加によって
発熱する発熱体を挟み込み、その発熱により溶着部の樹
脂を溶融して溶着結合するための熱溶着部の構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】熱可塑性樹脂で成形されたお互いの成形
品を接合する場合、接合方法の一つとして、その溶着部
に電気抵抗に基づく発熱体（以下「抵抗発熱体」と称す
る）を挟み込み、適宜な力で加圧しながら前記抵抗発熱
体に電圧を印加して発熱させ、その熱で溶着部の樹脂を
溶融させ、その後、電圧を止めて冷却することにより溶
融した樹脂を硬化させて成形品同士を溶着させる溶着方
法が公知である。
【０００３】この溶着方法は、接着剤を用いる方法や超
音波、高周波電磁誘導を用いる方法に比べて短時間に接
合でき、又、少ない設備投資で実施可能な優れた方法で
ある。一方、接着剤を用いる場合には、固定するまで時
間がかかると共に、接着剤が溶着部から漏れだして汚れ
の原因となる。又、超音波や高周波誘導を用いる場合に
は、例えば、内部に電子回路を内臓していると、電子部
品に影響を与える心配があり、さらに大がかりな設備を
必要とし、そのため多くの費用が発生する。又、作業環
境への弊害等が考えられる。
【０００４】以上のように、抵抗発熱体を用いる熱溶着
方法は優れた溶着方法であるが、前記溶着方法の重要な
要素として抵抗発熱体を取り付ける溶着部の形状（構造
とその寸法）が大切である。例えば、取付け部が平面で
ある場合、抵抗発熱体の取付け位置が設定されず、電圧
を印加した時、抵抗発熱体が発熱温度にて膨張するた
め、所望の位置から外れてしまったり、又、溶融した樹
脂が他に流れ出てしまい、その結果薄い溶着層が形成さ
れるので満足できる溶着強度が得られない場合がある。
さらに、抵抗発熱体を取り付ける環状溝を設けた場合で
も、環状溝の幅が広すぎると抵抗発熱体の位置がズレた
り、環状溝に嵌入する環状リブの長さが足りなくて充分
な溶融樹脂を得られず満足できる溶着強度に達しない原
因となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、抵抗
発熱体を用いて熱可塑性樹脂成形品を熱溶着する時、溶
着部の形状とその寸法において、満足できる溶着強度を
得られる熱溶着構造を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、熱可塑性樹脂成
形品の熱溶着部構造において、熱溶着対象熱可塑性樹脂
成形品に対面する周状溶着部に、電圧の印加によって発
熱する断面円形の発熱体を周状に挟み込み、この発熱体
の発熱により溶着部の樹脂を溶融して前記対面する溶着
部を溶着結合するための熱溶着部の構造において、一方
の成形品の溶着部に前記発熱体を定着させる為の環状溝
を周設し、他方の成形品の溶着部には前記環状溝に嵌入
する環状リブを突設し、前記発熱体の直径をＤとした場
合、 （イ）環状溝における両側壁の間隔Ｌが、１．３Ｄ≦Ｌ
≦１．６Ｄ （ロ）環状リブの肉厚Ｔが、ｌ．ｌＤ≦Ｔ≦１．２Ｄ （ハ）環状溝における外側側壁の高さＡが、Ａ≧２Ｄ （二）環状構における内側側壁の高さＢが、Ｂ≧２Ｄ （ホ）環状リブの高さＨが、Ｈ≧Ａとなるように溶着部の寸法を設定した ことを特徴とする
ものである。
【０００７】更に、請求項２に記載の発明においては、
熱可塑性樹脂成形品の熱溶着部構造において、熱溶着対
象熱可塑性樹脂成形品に対面する周状溶着部に、電圧の
印加によって発熱する断面形状が四角形や多角形の発熱
体を周状に挟み込み、この発 熱体の発熱により溶着部の
樹脂を溶融して前記対面する溶着部を溶着結合するため
の熱溶着部の構造において、一方の成形品の溶着部に前
記発熱体を定着させる為の環状溝を周設し、他方の成形
品の溶着部には前記環状溝に嵌入する環状リブを突設す
ると共に、前記発熱体の環状溝底面に平行である対角長
または対辺長をＸ、環状溝に垂直方向の対角長又は対辺
長をＹであるとした場合、 （イ）環状溝における両側壁の間隔Ｌが、１．３Ｘ≦Ｌ
≦１．６Ｘ （ロ）環状リブの肉厚Ｔが、ｌ．１Ｘ≦Ｔ≦１．２Ｘ （ハ）環状溝における外側側壁の高さＡが、Ａ≧２Ｙ （二）環状溝における内側側壁の高さＢが、Ｂ≧２Ｙ （ホ）環状リブの高さＨが、Ｈ≧Ａとなるように溶着部の寸法を設定した ことを特徴とする
ものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは長年の研究の結果、
熱可塑性樹脂成形品において、抵抗発熱体を挟み込む部
位を最適な形状に形成し、さらに抵抗発熱体の幅寸法と
の関係で形状寸法を定義することにより最良の熱溶着が
得られることを見出し、従来幾度かの試験を繰り返して
決めていた各形状及び各寸法を容易に決められるように
した。
【０００９】例えば請求項１記載の発明においては、対
面する溶着すべき熱可塑性樹脂成形品の一方の溶着部に
おいて、抵抗発熱体を定着させる環状溝を形成する事に
より抵抗発熱体の両側に側壁が並列されるため取付け位
置が規制できると共に、抵抗発熱体の発熱により溶融し
た樹脂が他に流れ出る事を防ぎ溶着層が薄くならない効
果をもたらす。さらに他方の成形品の溶着部周囲には突
設された環状リブを形成する。
【００１０】溶着時には、前記環状溝へ両側壁がガイド
となって嵌入し、適宜な圧力で上ケースを下ケースに押
し付けながら抵抗発熱体を発熱させ、その熱で環状溝の
樹脂と環状リブの樹脂が溶融し相互に混入する。その後
冷却させると所望する溶着強度が得られる溶着層が形成
される。このようにして熱溶着される前提として、前 記
環状溝及び環状リブの形状を基本として、使用する抵抗
発熱体の直径を基準とし、各部分の寸法関係が次のよう
に設定されている。まず、抵抗発熱体の直径をＤとした
場合、環状リブの両側壁の間隔Ｌは、 Ｌ＜１．３Ｄの場合、環状リブに抵抗発熱体を定着させ
る時、間隔が狭いため作業的に支障をきたす。 Ｌ＞１．６Ｄの場合、抵抗発熱体の定着面が必要以上に
広くなるため、定着位置が定まらず、リブと抵抗発熱体
の当たる位置が均一でない。また、環状溝と環状リブで
形成された空間を満たす溶融樹脂量が不足して所望する
溶着強度が得られない。
【００１１】次に環状リブの肉厚Ｔは、 Ｔ＜１．１Ｄの場合、溶融樹脂量が足りなく溶着強度が
得られない。 Ｔ＞１．２Ｄの場合、抵抗発熱体の発熱量が足りず溶融
が不十分で溶着強度が得られない。 Ａ＜２Ｄ及びＢ＜２Ｄの場合、両側壁が低いため溶融し
た樹脂が環状溝からもれだして、密封に必要な溶着層が
形成できない。 Ｈ＜Ａの場合、充分な溶融樹脂を得る前に、両溶着部が
先当たりして溶着できない。 以上の様な不具合から本定義を発明とするものである。
【００１２】次に、例えば請求項２記載の発明において
は、請求項１にて抵抗発熱体の断面が円形である場合で
あるが、本請求項は抵抗発熱体の断面が四角形や多角形
の場合であり、抵抗発熱体を定着させる環状溝の底面と
平行方向である抵抗発熱体の対角長または対辺長をＸ、
さらに環状溝に垂直方向の抵抗発熱体の対角長または対
辺長をＹと定義するものである。したがって、間隔や肉
厚はＸ、高さはＹを基準とし、各関係は請求項１記載の
内容と同一である。
【００１３】熱可塑性樹脂で成形されたお互いの成形品
を接合する場合、その溶着部に抵抗発熱体を挟み込み、
適宜な力で加圧しながら前記抵抗発熱体に電圧を印加し
て発熱させ、その熱で溶着部の樹脂を溶融させ、その
後、電圧を止めて冷却することにより溶融した樹脂を硬
化させて成形品同士を溶着させる溶着方法において、抵
抗発熱体を定着させる熱溶着部構造を定義することによ
り所望する溶着強度が得られることを可能とする。以
下、各図に基づいて、本発明の実施例を紹介する。
【００１４】
【実施例１】請求項１に記載の発明に基づく実施例を説
明する。図１は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレン樹
脂（ＰＰ）を用いて成形された上ケース１０と下ケース
２０をリング状の断面円形から成る抵抗発熱体３０によ
り密閉熱溶着する斜視図である。本実施例における抵抗
発熱体３０への電圧印加方法は下ケース２０に予め環状
溝２１に定着された抵抗発熱体３０に達する貫通孔２２
を底面２３に設け、電圧印加端子４０を貫通孔２２に挿
入して抵抗発熱体３０に当接し電圧を印加する方法であ
る。
【００１５】図２は、熱溶着部の拡大断面図である。３
０は抵抗発熱体である。材料はＳＵＳ３０４（ＷＰＢ）
を使用し、断面は円形であり、その直径Ｄは０．９ｍｍ
である。下ケース２０の周囲の溶着部には抵抗発熱体３
０を定着させる環状溝２１を周設している。さらに、環
状溝底面２６から抵抗発熱体３０を囲むように両側に垂
設した外側側壁２４及び内側側壁２５を形成した。
【００１６】外側側壁２４と内側側壁２５の間隔Ｌは
１．３ｍｍとした。環状溝底面２６から外側側壁２４の
高さＡは３．０ｍｍ及び同じように環状溝底面２６から
内側側壁２５の高さＢを２．０ｍｍとした。外側側壁２
４を内側側壁２５より高くした理由は、上ケース１０を
下ケース２０に嵌合する時の作業性の向上を考慮して段
差を設けたのである。但し、同寸法でもよい。
【００１７】上ケース１０の溶着部には、環状溝２１に
嵌入する環状リブ１１を接合面１２から突設周設してお
り、環状リブ１１の高さＨは３．２ｍｍ、肉厚Ｔを１．
０ｍｍとしている。以上のように溶着部が形成された上
ケース１０及び下ケース２０を熱溶着する方法は、ま
ず、環状溝２１に抵抗発熱体３０を定着させてから上ケ
ース１０を下ケース２０に被せ、さらに適宜な力で押し
付けてこの状態を保持する。図３は、抵抗発熱体３０に
電圧を印加する位置の断面図であるが、抵抗発熱体３０
は図３から判るように環状溝底面２６、外側側壁２４、
内側側壁２５及び環状リブ１１の天面１３にて囲まれ
る。
【００１８】抵抗発熱体３０への電圧印加方法は、２ヶ
所ある貫通孔２２へ各々電圧印加端子４０を挿入して抵
抗発熱体３０に当接させ電圧を印加する。よって、抵抗
発熱体３０は発熱しその熱により環状リブ１１の天面１
３部や環状溝底面２６部の樹脂が溶融する。溶融した樹
脂は混合すると共に、回りを囲まれているため他に流れ
出すことなく抵抗発熱体３０の周囲を囲むように滞留
し、さらに環状リブ１１と外側側壁２４及び環状リブ１
１と内側側壁２５の間に浸透する。電圧印加を止め冷却
すると溶融樹脂は硬化し周辺の樹脂と一体化することに
より上ケース１０と下ケース２０は熱溶着される。
【００１９】図４に電圧印加部以外の溶着部の断面図を
示す。本発明によって定義された各寸法を用いた溶着部
形状であるため、抵抗発熱体３０の周囲に充分に厚い溶
着層５０を得られ、かつ、請求項１の（イ）、（ロ）の
関係から生じる、外側側壁２４と環状リブ１１側面及び
内側側壁２５と環状リブ側面１１の各隙間０．２ｍｍに
溶融樹脂が毛管現象により入り込み、広い面積の浸透溶
着層６０を得られる。その結果、環状リブ１１の天面１
３と環状溝底面２６による溶着以外に、さらに、環状リ
ブ１１の両側面の溶着効果にて引っ張り応力やねじりに
よるせん断応力が向上して満足する溶着力を持つ樹脂製
のケースが得られた。引っ張り強度、落下試験、密閉試
験の各結果を表１〜３に示す。
【００２０】
【比較例】比較例として実施例１における各寸法の内、
外側側壁２４と内側側壁２５の間隔Ｌを１．６ｍｍとし
他は同一寸法とした。熱溶着後、溶着部の断面を見てみ
ると、外側側壁２４、内側側壁２５、環状溝底面２６、
及び環状リブ１１の天面１３で囲まれた断面積が広くな
るため溶着層５０が薄くなり、かつ、隙間へ浸透する溶
融樹脂が不十分であった。その結果、引っ張り強度等の
各強度が実施例１より低下した。引っ張り強度、落下試
験、密閉試験の各結果を表１〜３に示す。
【００２１】
【実施例２】本実施例は、請求項２に記載の発明に対応
する実施例であり、抵抗発熱体に断面が長方形であるニ
ッケル−クロム合金製の抵抗発熱体３１を用いた。図５
に熱溶着部の拡大断面図を示す。本実施例に用いた抵抗
発熱体３１の大きさは、横幅Ｘが１．０ｍｍ、高さＹが
０．５ｍｍである。よって、外側側壁２４と内側側壁２
５の間隔Ｌは１．４ｍｍ、環状リブ１１の肉厚Ｔを１．
１５ｍｍ、外側側壁２４の高さＡを２．０ｍｍ、内側側
壁２５の高さＢを１．５ｍｍ、環状リブ１１の高さＨを
２．２ｍｍとし、他は、実施例１と同様に熱溶着を行っ
た。その結果、満足できる溶着力を持つ樹脂製ケースを
得られた。引っ張り強度、落下試験、密閉試験の各結果
を表１〜３に示す。
【００２２】各実施例では、密閉するケースを得るため
にリング状の抵抗発熱体を使用する例を紹介したが、本
発明の熱溶着部の構造は溶着すべき成形品の間に発熱体
を挟んで熱溶着する全ての構造に適用できる。
【００２３】各試験の方法・引っ張り強度試験 溶着部
を２０×２０ｍｍに切断し、引っ張り試験機（東陽精機
株式会社製 Ｙ１０−Ｃ）を用いて試験。・落下強度試
験 ケース内部に４５０ｇの板を固定し、１ｍの高さか
らコンクリート床面に自然落下させる。溶着部が一部分
でも離れればＮＧとする。・密閉試験 ケースの一部に
エアホース接続用の穴を開け、エアホースを接続し、水
中に浸水させる。圧縮空気９８ｋＰａを送り込んで気泡
が発生するかどうか確認する。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
【発明の効果】本発明は以上のように、発熱体を用いて
熱可塑性樹脂成形品を熱溶着する部位の熱溶着構造につ
いて、溶着部の形状を一方の成形品の溶着面に発熱体を
定着する為の溝を形成し、他方の成形品の溶着面に前記
溝に嵌入するリブを突設したことにより厚い溶着層を得
ることができる。さらに、発熱体の大きさを基準に溝や
リブの寸法を定義することにより、満足できる溶着強度
を得ることができる。具体的には、次の様な効果を奏す
る。１．発熱体の周囲を溶融すべき樹脂で囲むため、溶
融した樹脂が平面突き合わせのように広がらず、発熱体
を囲んで硬化するため溶着層が厚く形成される。２．発
熱体の形状が決まれば本発明により定義した寸法関係で
設計すればよく従来、成形品ごとに試行錯誤して数多く
行っていた実験が少ない回数で満足する溶着強度に到達
できる。３．本発明で定義した寸法関係により得たリブ
と溝壁の隙間に、溶融樹脂が浸透するため、溶着面積が
大きく得られ、ねじりによるせん断応力が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における上ケースと下ケースを熱溶着
する説明図。
【図２】実施例１における熱溶着部の断面拡大図。
【図３】実施例１における抵抗発熱体に電圧を印加する
位置の断面図。
【図４】実施例１における熱溶着部の溶着完了図。
【図５】実施例２における熱溶着部の断面図。
【符号の説明】
１０ 上ケース １１ 環状リブ ２０ 下ケース ２１ 環状溝 ２４ 外側側壁 ２５ 内側側壁 ２６ 環状溝底面 ３０ 抵抗発熱体 ５０ 溶着層 ６０ 浸透溶着層 Ａ 外側側壁の高さ Ｂ 内側側壁の高さ Ｄ 発熱体の直径 Ｈ 環状リブの高さ Ｌ 環状溝における外側側壁と内側側壁の間隔 Ｔ 環状リブの肉厚 Ｙ 発熱体における環状溝底面と垂直方向の対角長と対
辺長 Ｘ 発熱体における環状溝底面と水平方向の対角長又は
対辺長
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−267125（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−270544（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−66195（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−195360（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−16061（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−44246（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299869（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−16116（ＪＰ，Ｕ) 特公 平６−73912（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 65/34 - 65/36 F16L 47/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱溶着対象熱可塑性樹脂成形品に対面す
    る周状溶着部に、電圧の印加によって発熱する断面円形
    の発熱体を周状に挟み込み、この発熱体の発熱により溶
    着部の樹脂を溶融して前記対面する溶着部を溶着結合す
    るための熱溶着部の構造において、一方の成形品の溶着
    部に前記発熱体を定着させる為の環状溝を周設し、他方
    の成形品の溶着部には前記環状溝に嵌入する環状リブを
    突設し、前記発熱体の直径をＤとした場合、 （イ）環状溝における両側壁の間隔Ｌが、１．３Ｄ≦Ｌ
    ≦１．６Ｄ （ロ）環状リブの肉厚Ｔが、ｌ．ｌＤ≦Ｔ≦１．２Ｄ （ハ）環状溝における外側側壁の高さＡが、Ａ≧２Ｄ （二）環状構における内側側壁の高さＢが、Ｂ≧２Ｄ （ホ）環状リブの高さＨが、Ｈ≧Ａ となるように溶着部の寸法を設定 したことを特徴とする
    熱可塑性樹脂成形品の熱溶着部構造。
  2. 【請求項２】 熱溶着対象熱可塑性樹脂成形品に対面す
    る周状溶着部に、電圧の印加によって発熱する断面形状
    が四角形や多角形の発熱体を周状に挟み込み、この発熱
    体の発熱により溶着部の樹脂を溶融して前記対面する溶
    着部を溶着結合するための熱溶着部の構造において、一
    方の成形品の溶着部に前記発熱体を定着させる為の環状
    溝を周設し、他方の成形品の溶着部には前記環状溝に嵌
    入する環状リブを突設すると共に、前記発熱体の環状溝
    底面に平行である対角長または対辺長をＸ、環状溝に垂
    直方向の対角長又は対辺長をＹであるとした場合、 （イ）環状溝における両側壁の間隔Ｌが、１．３Ｘ≦Ｌ
    ≦１．６Ｘ （ロ）環状リブの肉厚Ｔが、ｌ．１Ｘ≦Ｔ≦１．２Ｘ （ハ）環状溝における外側側壁の高さＡが、Ａ≧２Ｙ （二）環状溝における内側側壁の高さＢが、Ｂ≧２Ｙ （ホ）環状リブの高さＨが、Ｈ≧Ａ となるように溶着部の寸法を設定したことを特徴とする
    熱可塑性樹脂成形品の熱溶着部構造。
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