JP5834013B2 - 電磁誘導加熱接着装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁誘導加熱を利用して素材を接着する装置に関し、具体的には異種素材の接着に好適な電磁誘導加熱接着装置に関するものである。
電磁誘導加熱(Induction Heating)を利用した素材(ないし材料),特に異種素材の接着に関する背景技術としては、下記特許文献に開示されているものがある。特許文献1は、電熱ヒーター式の暖房床に関するもので、床全体に平坦に配置された床下地材と、該床下地材の上部に所定の間隔をおいて配置された長尺シート状の電熱ヒーター材と、該電熱ヒーター材同士の間に配置され、ホットメルト接着剤が帯状の金属シートの両面に塗布されたメルト接着テープと、上記メルト接着テープと直交する方向に敷設される長尺板状の床仕上げ材とを有しており、電磁誘導加熱器を上記床仕上げ材の上部から操作し、上記メルト接着テープを加熱してホットメルト接着剤を溶融し、上記床仕上げ材を上記床下地材の上部に接着により敷設するようにしている。
特許文献2は、自動車ボディ対する裏打ちシートの接着に関するもので、熱により少なくとも一部が溶融する粘着性シートを自動車ボディに当接させ、次に、前記当接させた部分に電磁誘導加熱の加熱部を当てて自動車ボディを発熱させ、更に、前記自動車ボディの発熱により前記粘着性シートの少なくとも一部を溶融させることによって、粘着性シートと自動車ボディとを接着している。
特開2007-120780号公報 特開2004-75860号公報
ところで、電磁誘導加熱で素材を加熱して接着する場合、素材間に、例えばホットメルト接着剤が塗布された発熱体である金属シート(金属板や金属フィルムも含む。)を挟み込むが、その端部(切除部位の周囲端なども含む。)では電磁界が集中し、温度が異常に上昇する。また、当該金属シートに皺や切り込みなどがあると、その部分に電磁界が集中し、発熱異常の原因となる。図6には、その様子が示されている。同図(A)は、接着する素材A,Bに挟み込まれた金属シートCに皺(傷や凹凸も含む。)C10が生じている例で、例えば大面積の金属シートCを用いる場合に生ずることがある。同図(B)は、金属シートCに切り込みC12が形成されている例で、例えばリチウムイオン電池のケースに金属シートを接着するような場合が該当する。
同図(C)は金属シートCA,CBにオーバーラップ(重なり)C14が生じている例で、小面積の金属シートCを使用して大面積の素材A,Bを接着するような場合に生ずる。同図(D)は、金属シートCA,CBに隙間C16が生じている例である。次に、同図(E)は、部分的に金属シートCが設けられている例で、例えば板材に金具を接着するような場合が該当する。次に、同図(F)は、複数の電磁ヘッドDA,DBで大面積の金属シートCを加熱して素材A,Bの接着を行う場合で、電磁ヘッドDA,DBの境界付近で加熱温度のばらつきが生ずる。
本発明は、以上のような点に着目したもので、発熱体の温度分布の均一化を図り、良好に素材の接着を行うことができる電磁誘導加熱接着装置を提供することを、その目的とする。
本発明の電磁誘導加熱接着装置は、電磁誘導加熱ヘッドによってワーク内の発熱体を発熱させることでワークを接着する電磁誘導加熱接着において、電磁誘導による前記発熱体の加熱と、加熱された発熱体の熱の拡散を交互に行って、前記ワークの接着を行うための装置であって、前記ワークを搬送する搬送手段,該搬送手段によって搬送されるワークを圧着するための複数の圧着手段,該圧着手段と交互に設けられており、圧着されたワークの発熱体に対して電磁波を照射するための複数の電磁誘導加熱ヘッド,を備えたことを特徴とする。
他の発明の電磁誘導加熱接着装置は、電磁誘導加熱ヘッドによってワーク内の発熱体を発熱させることでワークを接着する電磁誘導加熱接着において、電磁誘導による前記発熱体の加熱と、加熱された発熱体の熱の拡散を交互に行って、前記ワークの接着を行うための装置であって、前記ワークの発熱体に対して電磁波を照射するための少なくとも1つの電磁誘導加熱ヘッド,前記ワークを搬送するとともに、搬送したワークを前記電磁誘導加熱ヘッドに圧着するための圧着手段,をそれぞれ備えており、前記電磁誘導加熱ヘッドに対する通電の断続、もしくは、前記圧着手段によるワークの圧着の解除の少なくとも一方を行って、加熱された発熱体の熱の拡散を行うことを特徴とする。
主要な形態の一つは、前記電磁誘導加熱ヘッドとワークとの間であって、前記発熱体の異常発熱部位に対応する位置に過熱防止手段を設けたことを特徴とする。他の形態の一つは、前記電磁誘導加熱ヘッドによる前記ワークへの電磁波の照射範囲を調整する調整手段を設けたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
本発明によれば、電磁誘導による発熱体の加熱と、加熱された発熱体の熱拡散とを繰り返し行うこととしたので、発熱体の温度分布の均一化を図ることができ、良好に素材を接着することができる。
実施例1の主要部を示す図である。 実施例2の基本的な構成を示す図である。 実施例2の主要工程の様子を示す図である。 実施例3の主要部を示す図である。 実施例4の主要部を示す図である。 発熱異常の原因を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
最初に、図1を参照しながら、本発明の実施例1について説明する。本実施例は、連続式の電磁誘導加熱接着方法及び装置の例で、比較的大面積のものを接着する例である。図1(A)には、電磁誘導加熱接着装置の平面が示されており、その側面から見た様子が同図(B)に示されている。これらの図において、圧着の対象物であるワーク10を搬送するコンベアテーブル12上には、圧着ロール20,22,24,26,28と、電磁誘導加熱ヘッド30,32,34,36とが、交互に配置されている。ワーク10は、コンベアテーブル12と、圧着ロール20〜28及び電磁誘導加熱ヘッド30〜36との間を、矢印F10方向に搬送されるようになっている。
以上のうち、ワーク10は、図6に示したように、素材A,Bに金属シートCが挟み込まれた積層構造となっている。具体的には、耐熱シート,耐薬品シート,耐水シートなど、各種の積層シートが該当する。素材A,Bは、異なる材料であることが多いが、同一の材料であることを妨げるものではない。金属シートCとしては、メッシュシートなどでもよい。素材Bと金属シートCとの間には、接着剤となる接着シートを積層してもよいし、ホットメルト接着剤を金属シートCの表裏に塗布してもよい。素材A,Bの材料によっては、それらの接着手段を必要としない場合もある。また、ニクロム線などが更に挟み込まれる場合もある。
次に、コンベアテーブル12には、搬送用のロール(図示せず)が多数形成されており、それらによって矢印F10方向にワーク10が搬送されるようになっている。圧着ロール20〜28は、前記ワーク10の搬送方向に対応して矢印F20方向に回転しており、これによってワーク10の圧着が行われるようになっている。
電磁誘導加熱ヘッド30〜36は、少なくとも誘導加熱コイルを備えており、必要に応じて電源も備えた構成としてよい。公知の各種のものが適用可能である。なお、電源を電磁誘導加熱ヘッド30〜36とは別に設ける場合でも、配線経路による損失を防ぐため、可能な限り近くに設置したほうがよい。次に、本実施例では、光センサなどによるワーク10の検出装置(図示せず)が設けられており、ワーク10を検出した場合に、電磁誘導加熱ヘッド30〜36のうちの該当するものが通電されるようになっている。
なお、
a,電磁誘導加熱ヘッド30〜36の誘導加熱コイルと金属シートCの距離,
b,ワーク10の移動速度,
c,金属シートCの材質・厚さ・熱伝導率,
d,素材A,Bや接着剤の溶融温度,
e,素材A,Bの温度(通常は室温),
f,工場の室内気温,
g,誘導加熱コイルに対する供給電流の周波数及び電力量,
が、金属シートCの加熱温度に影響するので、所望の加熱温度となるように適宜調整する。
次に、本実施例の動作を説明する。ワーク10は、コンベアテーブル12上において矢印F10方向に搬送され、まず、圧着ロール20によって圧着される。次に、ワーク10が電磁誘導加熱ヘッド30に送られると、電磁波が照射され、内部の金属シートCに誘導電流が流れて発熱するようになる。その後、ワーク10は、次の圧着ロール22によって圧着される。そして、ワーク10が次の電磁誘導加熱ヘッド32に送られると、その内部の金属シートCに誘導電流が流れ、再び発熱するようになる。以上の動作が繰り返し行われる。
その結果、本実施例における金属シートCの温度上昇は、図1(C)に示すようになり、電磁誘導加熱ヘッド30〜36によって断続的に加熱される。図示の例では、電磁誘導加熱ヘッド30〜36の加熱で、温度がそれぞれ約50度上昇し、圧着ロール22〜28による圧着時に、温度がそれぞれ約20度低下している。このとき、金属シートCに図6に示したような皺C10等があると、当該部位が他の部分よりも高温になる。しかし、本実施例では、圧着ロール22〜28による圧着時に熱が拡散し、金属シートCの温度分布が均一化ないし平坦化されるようになる。すなわち、ΔHの期間では金属シートCの加熱が行われ、ΔCの期間では温度の平坦化が行われる。これにより、金属シートCは全体として温度が上昇し、接着シートもしくは接着剤が溶融して素材A,Bが全体として接着される。
以上のように、本実施例によれば、ワーク10を移動しつつ、電磁誘導による金属シートCの加熱と、加熱された金属シートCの熱の拡散を交互に行うこととしたので、次のような効果がある。
a,大面積のワークであっても、発熱体の温度分布が均一化されるので、全体を良好に接合することができる。
b,複数の電磁誘導加熱ヘッド30〜36を使用するので、ヘッド一つ当たりの容量を小さくすることができ、負担が少なくて済む。
c,連続的に加熱接着を行うことができ、連続生産ラインに好適である。
なお、前記説明では、コンベアテーブル12の上側(ワーク10の上側)に電磁誘導加熱ヘッド30〜36を設けたが、図1(D)に示すように、コンベアテーブル12の下側(ワーク10の下側)に電磁誘導加熱ヘッド30〜36を設けるようにしてもよい。また、図1(E)に示すように、上側に電磁誘導加熱ヘッド30U〜36Uを設け、下側に電磁誘導加熱ヘッド30D〜36Dを設けるようにしてもよい。
次に、図2及び図3を参照しながら、本発明の実施例2について説明する。本実施例は、部品等の取り付けなどに好適な例である。図2は主要構成を示し、図3は主要な接着工程を示す。これらの図において、加熱圧着装置100の上側では、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116がヘッドホルダー120に固定されている。なお、本実施例では、後述するように4つの部品を樹脂ボードに取り付けるため、4つの電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116が用意されている。ヘッドホルダー120は、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116の取り付け位置を規定するもので、ワーク毎に交換するようにしてもよい。電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116の近傍には、必要があれば、冷却用のファンを設ける。
次に、加熱圧着装置100の下側には、ベース130上にコンベアテーブル132が昇降可能及び移動可能に設けられている。このコンベアテーブル132上に、接着対象のワーク140を載せ、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116によって電磁誘導加熱を行うことで、ワーク140の接着が行われるようになっている。加熱圧着装置100のヘッドホルダー120の内部ないしその近傍には、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116を駆動するための電源,スイッチ,表示装置(いずれも図示せず)が設けられており、ベース130内ないしその近傍には、コンベアテーブル132を駆動するためのモータなどの駆動源(図示せず)が設けられている。なお、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116の大きさや出力は、接着対象の部品に応じて適宜設定する。
図2(B)には、本実施例におけるワーク140の接着後の様子が示されており、樹脂ボード142に、部品150,152,154,156が接着されている。接着前は、図2(C)に示すように、部品150,152,154,156は、部品保持用治具160の該当する凹部170,172,174,176にそれぞれ装填されるようになっている。そして、その上に樹脂ボード142がセットされる。このとき、部品150,152,154,156と、樹脂ボード142との間に、ホットメルト接着剤が塗布された金属シート180,182,184,186がそれぞれ挿入される。
次に、図3も参照しながら、本実施例の動作を説明する。上述したワーク140は、図3(A)に矢印F100で示すようにコンベアテーブル132に載せられる。コンベアテーブル132によって、図3(B)に示すように、ワーク140は矢印F102方向に移動する。そして、図3(C)に示すように接着位置に達すると、コンベアテーブル132はワーク140を矢印F104方向に上昇させ、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116に圧着する。
そして、図3(D)に示すように、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116の誘導加熱コイルに通電が行われ、電磁波が放射される。これにより、ワーク140内の金属シート180,182,184,186が発熱する。なお、加熱時間,電磁波出力,圧着圧力などは、ワーク140の素材等に応じて適宜設定する点は、前記実施例と同様である。
ところで、本実施例では、前記加熱後、電磁誘導加熱ヘッド110,112,114,116への通電を停止するか、もしくは、図3(E)に矢印F108で示すようにコンベアテーブル132を下降させるといった方法により、ワーク140内の金属シート180,182,184,186における熱の拡散を行い、温度の均一化ないし平坦化を図るようにする。
以上のような金属シート180,182,184,186の加熱と熱の拡散を、必要に応じて複数回繰り返し行うことで、金属シート180,182,184,186の温度分布が均一化されるようになり、良好に樹脂ボード142に部品105,152,154,156を接着することができる。その後、図3(E)に矢印F110で示すように、コンベアテーブル132を移動し、図3(F)に矢印F112で示すようにワーク140を取り出すと、樹脂ボード142の所定位置に部品150,152,154,156が接着されたものが得られる。
次に、図4を参照しながら、実施例3について説明する。上述したように、金属シートCの端部では電磁界が集中し、異常な温度上昇が生ずる。具体的には、図4(A)に示すように、矢印F10方向に搬送されるワーク10における金属シートCの側端部CEや前端部CFで発熱異常が生ずる。そこで本実施例では、まず、図4(B)に示すように、電磁誘導加熱ヘッド30〜36とワーク10との間であって、前記金属シートCの端部CE上に、過熱防止板50を設けている。これにより、電磁界の一部が過熱防止板50に吸収され、金属シートCの端部における異常加熱が低減されるようになる。なお、過熱防止板50は、異常発熱が生ずる部位に、必要に応じて適宜位置に設けてよい。例えば、図6(C)や(D)の場合には、オーバーラップC14や隙間C16の位置に対応して過熱防止板を設けるようにする。
図4(C)に示す例は、電磁誘導加熱ヘッド30〜36の幅方向の全体にわたって過熱防止板52を設けた例である。過熱防止板52は、同図(D)に示すようにパンチングされた金属板など、電磁波を遮蔽できるものが使用される。このような過熱防止板52を使用することで、電磁波が良好に分散されるようになり、ワーク10の異常加熱が低減されるようになる。
図4(E),(F)は、ワーク10の前端部CFにおける発熱異常を低減する例である。本例によれば、図4(E)に示すように、電磁誘導加熱ヘッド30とワーク10との間に、過熱防止板70が設けられる。ワーク10の先端が電磁誘導加熱ヘッド30の下を通過するときは、過熱防止板70によって前端部CFの過熱が防止される。その後、過熱防止板70は、図4(F)に示すように、電磁誘導加熱ヘッド30の直下から圧着ロール20側に退避する。このようにすることで、ワーク10の前端部CFにおける異常加熱が低減されるようになる。電磁誘導加熱ヘッド32〜36についても同様である。
次に、図5を参照しながら、実施例4について説明する。この例は、電磁誘導加熱ヘッド30〜36を、ワーク10に対して上下方向及び前後方向(図の左右方向)に移動機構60によって移動可能とした例である。移動機構60によって電磁誘導加熱ヘッド30〜36を上下方向に移動すると、ワーク10における電磁波の照射範囲が変化する。まず、電磁誘導加熱ヘッド30〜36を下降してワーク10に近づけると、図5(B)に示すように電磁波の照射範囲はWHAと狭くなり、逆に、電磁誘導加熱ヘッド30〜36を上昇してワーク10から遠ざけると、図5(C)に示すように電磁波の照射範囲はWHBと広くなる。このように、電磁誘導加熱ヘッド30〜36とワーク10との間隔を調整することで、ワーク10の加熱範囲や加熱温度を調整することができる。また、電磁誘導加熱ヘッド30〜36を前後方向に移動することで、電磁誘導加熱ヘッド30〜36の間隔やワーク10に対する加熱部位を調整することができる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、積層シートや部品取付けの場合を例として説明したが、これらはいずれも一例であり、各種の素材の接合に適用してよい。異種素材の接合にも好適である。例えば、木、金属、ガラス、織物、樹脂、無機素材、窯業素材、紙等の接合にも適用できる。性質の異なる素材を接合してもよい。例えば、耐熱性、耐薬品性、耐水性、断熱性、保温性、伸縮性などの各種特性ある素材を接合してもよい。
(2)また、素材間に金属シートなどの発熱体を挟みこむ場合の他、リチウムイオン電池のケースのように、樹脂素材表面に金属シートを被覆するような場合にも適用可能である。リチウムイオン電池等では、ケースにミクロンオーダーの穴があいており、それを塞ぐためにアルミ箔で表面を被覆することが行われている。しかし、アルミ箔には、図6(B)に示すような切り込みC12が形成されていることが多い。本発明を適用すれば、切り込みC12の周辺でのアルミ箔の損傷が低減されるようになる。
(3)前記実施例は、いずれも複数の電磁誘導加熱ヘッドを使用しているが、ヘッドが一つの場合でも、断続的にコイルに通電する,ワークを接近させたり離したりすることで、加熱と熱拡散を繰り返すことができ、本発明を適用することができる。また、複数の電磁誘導加熱ヘッドを使用する場合でも、その個数は、必要に応じて増減してよい。
(4)前記実施例では、圧着ロール20〜28によってワーク10を圧着したが、圧着板を使用したり、キャタピラ状のベルトを使用するベルトプレスを使用するなど、公知の各種の方法で圧着を行ってよい。
(5)前記実施例では、電磁誘導加熱ヘッド30〜36によって約50度の加熱を行い、圧着ロール22〜28による圧着時に温度が約20度低下する場合を示したが、それらの値は一例であり、必要に応じて適宜設定してよい。また、電磁誘導加熱ヘッド30〜36の加熱による温度上昇は、必ずしも同一である必要はないが、最初は温度上昇の程度を小さく、後から大きくすると効果的である。
(6)前記実施例では、素材A,Bと金属シートCを積層した場合を示したが、更に素材や金属シートを積層してもよい。例えば、
a,圧着のみで接着する素材を積層する,
b,素材X,Y,Zの間に金属シートP,Qを積層する(X−P−Y−Q−Zの順に積層),
といった具合である。この場合に、ワークの上下に電磁誘導加熱ヘッドを配置し、上下から電磁誘導加熱を行うようにしてもよい。
(7)前記実施例を組み合わせてもよい。例えば、図5に示した電磁誘導加熱ヘッド30〜36の移動を、図2ないし3に示した実施例に適用するという具合である。
本発明によれば、電磁誘導による発熱体の加熱と、加熱された発熱体の熱の拡散を交互に行うこととしたので、発熱体の損傷を低減してワークの接着を行うことができ、例えば、大面積のワークを連続的に接着するような場合に好適である。
10:ワーク
12:コンベアテーブル
20,22,24,26,28:圧着ロール
30,32,34,36,30D,32D,34D,36D,30U,32U,34U,36U:電磁誘導加熱ヘッド
50,52,70:過熱防止板
60:移動機構
100:加熱圧着装置
110,112,114,116:電磁誘導加熱ヘッド
120:ヘッドホルダー
130:ベース
132:コンベアテーブル
140:ワーク
142:樹脂ボード
150,152,154,156:部品
160:部品保持用治具
170,172,174,176:凹部
180,182,184,186:金属シート
A,B:素材
C,CA,CB:金属シート
CE:側端部
CF:前端部
C10:皺
C12:切り込み
C14:オーバーラップ
C16:隙間
DA,DB:電磁ヘッド

Claims (4)

  1. 電磁誘導加熱ヘッドによってワーク内の発熱体を発熱させることでワークを接着する電磁誘導加熱接着において、電磁誘導による前記発熱体の加熱と、加熱された発熱体の熱の拡散を交互に行って、前記ワークの接着を行うための装置であって、
    前記ワークを搬送する搬送手段,
    該搬送手段によって搬送されるワークを圧着するための複数の圧着手段,
    該圧着手段と交互に設けられており、圧着されたワークの発熱体に対して電磁波を照射するための複数の電磁誘導加熱ヘッド,
    を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱接着装置。
  2. 電磁誘導加熱ヘッドによってワーク内の発熱体を発熱させることでワークを接着する電磁誘導加熱接着において、電磁誘導による前記発熱体の加熱と、加熱された発熱体の熱の拡散を交互に行って、前記ワークの接着を行うための装置であって、
    前記ワークの発熱体に対して電磁波を照射するための少なくとも1つの電磁誘導加熱ヘッド,
    前記ワークを搬送するとともに、搬送したワークを前記電磁誘導加熱ヘッドに圧着するための圧着手段,
    をそれぞれ備えており、
    前記電磁誘導加熱ヘッドに対する通電の断続、もしくは、前記圧着手段によるワークの圧着の解除の少なくとも一方を行って、加熱された発熱体の熱の拡散を行うことを特徴とする電磁誘導加熱接着装置。
  3. 前記電磁誘導加熱ヘッドとワークとの間であって、前記発熱体の異常発熱部位に対応する位置に過熱防止手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の電磁誘導加熱接着装置。
  4. 前記電磁誘導加熱ヘッドによる前記ワークへの電磁波の照射範囲を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電磁誘導加熱接着装置。
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