JP4035817B2 - 熱可塑性樹脂成形体の溶着方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ＰＰ、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＡＡＳ、ＰＳ、ＰＥＩ、ＰＡ、ＰＯＭ、ＰＰＳ、ＬＣＰ等の熱可塑性樹脂で成形された成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させて溶着する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性樹脂成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させて溶着する装置としては、熱可塑性樹脂成形体の溶着部分に対応する形状を成した金属部材を、これに埋設されたカートリッジヒータにより加熱し、該金属部材の熱で溶着部分を加熱軟化させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９７６０８号公報（第４−５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱可塑性樹脂成形体は一般的に、成形する条件、形状等によって反り等による変形が生じるため、前記公報のものでは、溶着部分の加熱時における溶着部分と金属部材との隙間が均一にならず、溶着部分の溶着強度にばらつきが発生するという問題がある。さらに前記公報のものは、金属部材全体を加熱しなければならないため、熱容量が大きいうえに放熱面積が広くなることから、溶着部分を加熱軟化させるに十分な温度まで金属部材の表面を昇温させるには、長い時間と多大な電力を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、全体に亘り均一な溶着強度が得られると共に極めて短い時間と少ない消費電力で溶着部分を加熱軟化させることができる熱可塑性樹脂成形体の溶着方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明における熱可塑性樹脂成形体の溶着方法は、熱可塑性樹脂より成り且つ溶着部分を有する上・下成形体の溶着方法であって、上・下成形体保持具に保持された前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる高熱伝導性材を通電発熱体の発熱により予め加熱する工程と、前記高熱伝導性材、通電発熱体及び、先端面が前記上・下成形体の内面形状に対応する形状にされた押圧ヘッドを有する成形体押圧手段を取り付けた中間部材を前記上成形体と下成形体との間位置に搬入する工程と、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材に接近させることにより、前記押圧ヘッドで前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧した状態で該溶着部分を該高熱伝導性材で非接触で加熱軟化させる工程と、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材から離反させた後、前記中間部材を前記上成形体と下成形体との間位置から搬出する工程と、前記上・下成形体の溶着部分同士を互いに圧接させて溶着する工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明における熱可塑性樹脂成形体の溶着方法は、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材に接近させることにより、前記押圧ヘッドで前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧した状態で該溶着部分を該高熱伝導性材で非接触で加熱軟化させる工程において、前記上・下成形体の変位量及び前記上・下成形体の押圧力を測定し、少なくともどちらか一方の測定値が予め設定された許容範囲外にある場合には、加熱不良と判定することを特徴とする。
【０００８】
さらに本発明における熱可塑性樹脂成形体の溶着方法は、前記上・下成形体の溶着部分同士を互いに圧接させて溶着する工程において、前記上・下成形体の変位量及び前記上・下成形体の圧接力を測定し、少なくともどちらか一方の測定値が予め設定された許容範囲外にある場合には、溶着不良と判定することを特徴とする。
【０００９】
また上記の目的を達成するために本発明における熱可塑性樹脂成形体の溶着装置は、熱可塑性樹脂より成り且つ溶着部分を有する上・下成形体の溶着装置であって、前記上・下成形体を対向させて保持すると共に昇降可能にして配置された上・下成形体保持具と、前記上成形体と下成形体との間位置に搬入出可能にして配置された中間部材と、前記上・下成形体の溶着部分に対応する位置に配置され且つ前記中間部材に取り付けられて、通電により発熱する通電発熱体と、該通電発熱体と前記上・下成形体の溶着部分との間位置に配置され且つ前記中間部材に取り付けられて、前記通電発熱体の発熱により加熱された状態で前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる高熱伝導性材と、前記中間部材に取り付けられて、前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる際に該上・下成形体を前記上・下成形体保持具に押し付ける成形体押圧手段と、を具備し、前記成形体押圧手段が、前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧する押圧ヘッドを有し、該押圧ヘッドの先端面が前記上・下成形体の内面形状に対応する形状にされていることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
ここで、本発明において高熱伝導性材とは、熱伝導性が良く、熱容量が小さいもののことをいい、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、カーボン、ステンレスなどが挙げられる。
【００１４】
また本発明において通電発熱体とは、電流を通すと発熱するもののことをいい、例えば、ニッケル・クロム合金、鉄・クロム合金などの金属でコイル状、線状あるいは帯板状に形成されたもの、あるいは、これら通電発熱体を用いたシーズヒータなどが挙げられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。図１において、上成形体保持具１の保持面１ａには図示されない吸着手段により上成形体２が保持されており、該上成形体２に対向する位置には下成形体保持具３の保持面３ａに嵌め込みにより保持された下成形体４が配置されている。
【００１６】
そして、前記上・下成形体保持具１、３の背面にはロ−ドセル５、５を介して定盤６、６が連結されており、該定盤６、６は昇降シリンダとしての電動シリンダ７、７のピストンロッド７ａ、７ａの先端に連結されている。また電動シリンダ７、７は変位量測定手段としてのエンコ−ダ７ｂ、７ｂを備えていると共にフレ−ム８に連結されている。そして、前記上成形体２と下成形体４との間位置には搬入出可能にされた中間部材９が配置されており、該中間部材９は台車１０に連結されている。また該台車１０は前記フレ−ム８に連結された横行シリンダ１１のピストンロッド１１ａの先端に連結されている。
【００１７】
そして、前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａに対応する位置に形成された前記中間部材９の溝部には、通電により発熱する通電発熱体１２、１２が取り付けられている。また該通電発熱体１２、１２と前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａとの間位置には、前記通電発熱体１２、１２の発熱により加熱された状態で前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａを非接触で加熱軟化させる高熱伝導性材としてのステンレス材（ＳＵＳ３１６）１３、１３が配置されており、該ステンレス材１３、１３は前記中間部材９に取り付けられている。さらに該ステンレス材１３、１３には、その温度を測定する熱電対１４、１４が取り付けられている。
【００１８】
そして、前記中間部材９には前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａを非接触で加熱軟化させる際に該上・下成形体２、４を前記上・下成形体保持具１、３に押し付ける成形体押圧手段１５、１５が取り付けられている。また該成形体押圧手段１５、１５は、先端面が前記上・下成形体２、４の内面形状に対応する形状にされる共に前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａ以外の内面を押圧する押圧ヘッド１５ａ、１５ａと、該押圧ヘッド１５ａ、１５ａの背面に固着された軸部材１５ｂ、１５ｂと、該軸部材１５ｂ、１５ｂに環装されたコイルばね１５ｃ、１５ｃと、により構成されている。なお該コイルばね１５ｃ、１５ｃが環装された前記軸部材１５ｂ、１５ｂは、内径が軸部材１５ｂ、１５ｂの外径より若干大きくなっていると共に前記中間部材９に穿設されている挿し込み穴に挿入されている。また下成形体４用の成形体押圧手段１５の軸部材１５ｂは、図示されない抜け止め手段により落下しないようになっている。
【００１９】
なお前記中間部材９は、全体が絶縁性及び耐熱性を有する材料で製作されている。該絶縁性及び耐熱性を有する材料としては、例えば、けい酸カルシウムを主成分とする材料、マシナブルセラミックスなどが挙げられるが、けい酸カルシウムを主成分とする材料を用いると、安価で加工しやすく、絶縁性及び耐熱性、さらには断熱性にも優れているため好ましい。
【００２０】
このように構成されたものの作動について説明する。図１は通電発熱体１２、１２の発熱によりステンレス材１３、１３を所望の温度に予め加熱した後、横行シリンダ１１を伸長作動させて中間部材９を上成形体２と下成形体４との間位置に搬入した状態である。
【００２１】
次に、この状態から電動シリンダ７、７を伸長作動させることにより上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａをステンレス材１３、１３に接近させて、該溶着部分２ａ、４ａをステンレス材１３、１３からの輻射熱で非接触で加熱軟化させる（図２参照）。この際、成形体押圧手段１５のコイルばね１５ｃ、１５ｃが圧縮され、その反力により押圧ヘッド１５ａ、１５ａで前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａ以外の内面を押圧し、上・下成形体２、４を上・下成形体保持具１、３に押し付ける。これにより、上・下成形体２、４の反り等による変形を押圧矯正して前記溶着部分２ａ、４ａとステンレス材１３、１３との隙間を均一にした状態で該溶着部分２ａ、４ａを加熱することができるため、むらの無い加熱になり、全体に亘り均一な溶着強度が得られる。
【００２２】
次に電動シリンダ７、７を縮引作動させることにより上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａをステンレス材１３、１３から離反させた後、横行シリンダ１１を縮引作動させて中間部材９を上成形体２と下成形体４との間位置から搬出する。その後、電動シリンダ７、７を伸長作動させることにより上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａ同士を互いに圧接させて溶着し、図３の状態にされる。次に上成形体２の前記保持面１ａへの吸着を解除した後、電動シリンダ７、７を縮引作動させる。そして、下成形体保持具３に保持された完成製品を取り出した後、新しい上・下成形体２、４を上・下成形体保持具１、３にセットする。
【００２３】
なお本実施形態では、前記エンコ−ダ７ｂ、７ｂにより上・下成形体２、４の変位量を測定するようになっていると共に前記ロ−ドセル５、５により上・下成形体２、４にかかる力を測定するようになっている。また前記溶着部分２ａ、４ａの加熱軟化工程においては、上・下成形体２、４の変位量及び上・下成形体２、４の押圧力を測定し、少なくともどちらか一方の測定値が予め設定された許容範囲外にある場合には、加熱不良と判定して操作盤に異常表示するようになっている。この場合、電動シリンダ７、７を縮引作動させて前記溶着部分２ａ、４ａをステンレス材１３、１３から離反させた後、横行シリンダ１１を縮引作動させて中間部材９を上成形体２と下成形体４との間位置から搬出する。その後、上・下成形体２、４を新しいものに交換し、装置を再起動させる。これにより、加熱不良の上・下成形体２、４の溶着作業を最後まで行うことがなく、装置の無駄な稼動時間を減らすことができる。
【００２４】
さらに前記溶着部分２ａ、４ａ同士を互いに圧接させて溶着する工程においては、上・下成形体２、４の変位量及び上・下成形体２、４の圧接力を測定し、少なくともどちらか一方の測定値が予め設定された許容範囲外にある場合には、溶着不良と判定して操作盤に異常表示するようになっている。この場合、その後に取り出される完成製品は不良品と認定されることになる。これにより、後工程の溶着強度の確認作業の負担を軽減することができる。
【００２５】
次に第２実施形態を図４に基づいて説明する。第２実施形態は成形体押圧手段の構成及び取り付け箇所のみが第１実施形態とは異なっており、その他は第１実施形態と同じである。詳述すると、第２実施形態の成形体押圧手段１６、１６は、押圧ヘッド１６ａ、１６ａと、昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂと、横行シリンダ１６ｃ、１６ｃと、で構成されており、押圧ヘッド１６ａ、１６ａは昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂ及び横行シリンダ１６ｃ、１６ｃを介して定盤６、６に取り付けられている。
【００２６】
このように構成されたものは、上・下成形体保持具１、３に上・下成形体２、４を保持させた後、横行シリンダ１６ｃ、１６ｃを伸長作動させ、その後、昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂを伸長作動させて押圧ヘッド１６ａ、１６ａで上・下成形体２、４の両端部を押圧する。これにより、上・下成形体２、４を上・下成形体保持具１、３に押し付けた状態にする。その後、前記横行シリンダ１１を伸長作動させて中間部材９を上成形体２と下成形体４との間位置に搬入させて図４の状態にされる。その後の工程は第１実施形態と同じであるが、本実施形態では前記押圧ヘッド１６ａ、１６ａによる上・下成形体２、４の両端部の押圧が溶着完了時まで続けられるため、溶着完了後に昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂを縮引作動させ、その後、横行シリンダ１６ｃ、１６ｃを縮引作動させて前記押圧が解除されることになる。
【００２７】
次に第３実施形態を図５に基づいて説明する。第３実施形態は成形体押圧手段の取り付け箇所のみが第２実施形態とは異なっており、その他は第２実施形態と同じである。詳述すると、押圧ヘッド１６ａ、１６ａは横行シリンダ１６ｃ、１６ｃを介して昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂに取り付けられており、該昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂはフレ−ム８に取り付けられている。
【００２８】
このように構成されたものは、上・下成形体保持具１、３に上・下成形体２、４を保持させた後、横行シリンダ１６ｃ、１６ｃを伸長作動させ、その後、昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂを縮引作動させて押圧ヘッド１６ａ、１６ａで上・下成形体２、４の両端部を押圧する。これにより、上・下成形体２、４を上・下成形体保持具１、３に押し付けた状態にする。その後、前記横行シリンダ１１を伸長作動させて中間部材９を上成形体２と下成形体４との間位置に搬入させて図５の状態にされる。その後の工程は第１、２実施形態と同じであるが、本実施形態では前記押圧ヘッド１６ａ、１６ａによる上・下成形体２、４の両端部の押圧が溶着完了時まで続けられる。このため、前記電動シリンダ７、７の昇降時には昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂも同期して昇降することになる。また溶着完了後に昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂを伸長作動させ、その後、横行シリンダ１６ｃ、１６ｃを縮引作動させて前記押圧が解除されることになる。
【００２９】
なお前記昇降シリンダ１６ｂ、１６ｂ及び横行シリンダ１６ｃ、１６ｃとしては、電動シリンダ、油圧シリンダ、空圧シリンダ等が挙げられる。
【００３０】
なお本発明の実施形態では、上・下成形体２、４を昇降させる昇降シリンダとして電動シリンダ７、７を用いたが、これに限定されるものではなく、油圧シリンダ、空圧シリンダ等を用いるようにしてもよい。ただし、電動シリンダ７、７を用いると、精度の良い位置決めをすることができるため、好ましい。
【００３１】
また本発明の第１実施形態において、成形体押圧手段１５、１５は、先端面が前記上・下成形体２、４の内面形状に対応する形状にされる共に前記上・下成形体２、４の溶着部分２ａ、４ａ以外の内面を押圧する押圧ヘッド１５ａ、１５ａと、該押圧ヘッド１５ａ、１５ａの背面に固着された軸部材１５ｂ、１５ｂと、該軸部材１５ｂ、１５ｂに環装されたコイルばね１５ｃ、１５ｃと、により構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、押圧ヘッド１５ａ、１５ａにシリンダを連結させた構成にしてもよい。
【００３２】
さらに本発明の第１実施形態において、成形体押圧手段１５、１５による上・下成形体２、４の上・下成形体保持具１、３への押し付けは、上・下成形体２、４のほぼ全体（溶着部分２ａ、４ａは除く）に対して行ったが、これに限定されるものではなく、上・下成形体２、４の一部に対して行うようにしてもよい。
【００３３】
さらに本発明の実施形態において、上・下成形体２、４は各々、分割が無いものを用いたが、これに限定されるものではなく、各々、複数に分割されたものであってもよい。
【００３４】
さらに本発明の実施形態では、中間部材９全体を絶縁性及び耐熱性を有する材料で製作したが、これに限定されるものではなく、中間部材９における通電発熱体１２、１２及びステンレス材１３、１３の近傍のみを絶縁性及び耐熱性を有する材料で製作するようにしてもよい。
【００３５】
さらに本発明の実施形態では、中間部材９を上成形体２と下成形体４との間位置に搬入する前にステンレス材１３、１３を所望の温度に予め加熱したが、これに限定されるものではなく、前記搬入後に予め加熱するようにしてもよい。
【００３６】
さらに本発明の第２実施形態では、成形体押圧手段１６、１６を定盤６、６に取り付けるようにしたが、これに限定されるものではなく、該成形体押圧手段１６、１６を上・下成形体保持具１、３に取り付けるようにしてもよい。
【００３７】
さらに本発明の第２、３実施形態では、押圧ヘッド１６ａ、１６ａで上・下成形体２、４の両端部を押圧することにより、上・下成形体２、４を上・下成形体保持具１、３に押し付けた状態にするようにしたが、これに限定されるものではなく、必要に応じて上・下成形体２、４の両端部より内側部分（例えば、中心部）の押圧を追加するようにしてもよい。また第２、３実施形態に、第１実施形態で示した中間部材９に取り付ける成形体押圧手段１５、１５を追加するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように本発明は、熱可塑性樹脂より成り且つ溶着部分を有する上・下成形体の溶着方法であって、上・下成形体保持具に保持された前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる高熱伝導性材を通電発熱体の発熱により予め加熱する工程と、前記高熱伝導性材、通電発熱体及び、先端面が前記上・下成形体の内面形状に対応する形状にされた押圧ヘッドを有する成形体押圧手段を取り付けた中間部材を前記上成形体と下成形体との間位置に搬入する工程と、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材に接近させることにより、前記押圧ヘッドで前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧した状態で該溶着部分を該高熱伝導性材で非接触で加熱軟化させる工程と、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材から離反させた後、前記中間部材を前記上成形体と下成形体との間位置から搬出する工程と、前記上・下成形体の溶着部分同士を互いに圧接させて溶着する工程と、を有するから、全体に亘り均一な溶着強度が得られると共に極めて短い時間と少ない消費電力で溶着部分を加熱軟化させることができる等種々の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す正面図であって、中間部材を上成形体と下成形体との間位置に搬入した状態を示す図である。
【図２】第１実施形態を示す正面図であって、溶着部分の加熱軟化工程を示す図である。
【図３】第１実施形態を示す正面図であって、溶着部分同士を互いに圧接させて溶着する工程を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す正面図であって、中間部材を上成形体と下成形体との間位置に搬入した状態を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す正面図であって、中間部材を上成形体と下成形体との間位置に搬入した状態を示す図である。
【符号の説明】
１ ３ 上・下成形体保持具
２ ４ 上・下成形体
２ａ ４ａ 上・下成形体の溶着部分
９ 中間部材
１２ 通電発熱体
１３ 高熱伝導性材
１５ １６ 成形体押圧手段
１５ａ １６ａ 押圧ヘッド
１５ｂ 軸部材
１５ｃ コイルばね

Claims (4)

1. 熱可塑性樹脂より成り且つ溶着部分を有する上・下成形体の溶着方法であって、上・下成形体保持具に保持された前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる高熱伝導性材を通電発熱体の発熱により予め加熱する工程と、前記高熱伝導性材、通電発熱体及び、先端面が前記上・下成形体の内面形状に対応する形状にされた押圧ヘッドを有する成形体押圧手段を取り付けた中間部材を前記上成形体と下成形体との間位置に搬入する工程と、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材に接近させることにより、前記押圧ヘッドで前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧した状態で該溶着部分を該高熱伝導性材で非接触で加熱軟化させる工程と、前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材から離反させた後、前記中間部材を前記上成形体と下成形体との間位置から搬出する工程と、前記上・下成形体の溶着部分同士を互いに圧接させて溶着する工程と、を有することを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
2. 前記上・下成形体の溶着部分を前記高熱伝導性材に接近させることにより、前記押圧ヘッドで前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧した状態で該溶着部分を該高熱伝導性材で非接触で加熱軟化させる工程において、前記上・下成形体の変位量及び前記上・下成形体の押圧力を測定し、少なくともどちらか一方の測定値が予め設定された許容範囲外にある場合には、加熱不良と判定することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
3. 前記上・下成形体の溶着部分同士を互いに圧接させて溶着する工程において、前記上・下成形体の変位量及び前記上・下成形体の圧接力を測定し、少なくともどちらか一方の測定値が予め設定された許容範囲外にある場合には、溶着不良と判定することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体の溶着方法。
4. 熱可塑性樹脂より成り且つ溶着部分を有する上・下成形体の溶着装置であって、前記上・下成形体を対向させて保持すると共に昇降可能にして配置された上・下成形体保持具と、前記上成形体と下成形体との間位置に搬入出可能にして配置された中間部材と、前記上・下成形体の溶着部分に対応する位置に配置され且つ前記中間部材に取り付けられて、通電により発熱する通電発熱体と、該通電発熱体と前記上・下成形体の溶着部分との間位置に配置され且つ前記中間部材に取り付けられて、前記通電発熱体の発熱により加熱された状態で前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる高熱伝導性材と、前記中間部材に取り付けられて、前記上・下成形体の溶着部分を非接触で加熱軟化させる際に該上・下成形体を前記上・下成形体保持具に押し付ける成形体押圧手段と、を具備し、前記成形体押圧手段が、前記上・下成形体の溶着部分以外の内面を押圧する押圧ヘッドを有し、該押圧ヘッドの先端面が前記上・下成形体の内面形状に対応する形状にされていることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体の溶着装置。

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