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