JP5840263B2

JP5840263B2 - 燃料タンクの熱溶着装置

Info

Publication number: JP5840263B2
Application number: JP2014150382A
Authority: JP
Inventors: 昌訓西村; 鈴木　英司; 英司鈴木
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2014205364A

Description

本発明は、燃料タンクの樹脂製の給油口に、給油ホースを接続するための樹脂製のジョイント部材を熱により溶着させる燃料タンクの熱溶着装置に関する。

従来、例えば燃料タンクとジョイント部材を熱溶着する場合、図７に示す装置が採用されている。すなわち、燃料タンク１の円形の給油口３の周囲に外側に突出したフランジ部３ａを設け、このフランジ部３ａ上に、燃料タンク１と同種の樹脂製のリング形状のジョイント部材２を載置し、このジョイント部材２上に内部にニクロム線１００ａが内蔵された平板状の電熱ヒータ１００を載置する。

そして、この電熱ヒータ１００のニクロム線１００ａに電源１０１から所定の電圧を供給して発熱させて、フランジ部３ａとジョイント部材２の溶着部４を加熱溶融させつつ、加圧装置１０２で電熱ヒータ１００をジョイント部材２に押圧することにより、燃料タンク１のフランジ部３ａとジョイント部材２が熱溶着されるようになっている。なお、樹脂部材の熱溶着に関する特許文献としては、例えば特許文献１が知られている。

特開２０１０−１７３１６８号公報

しかしながら、このような熱溶着装置にあっては、電熱ヒータ１００をジョイント部材２に直接接触させた状態で、ジョイント部材２を介して燃料タンク１のフランジ部３ａを加熱するため、ジョイント部材２とフランジ部３ａの溶着部４のきめ細かな熱管理が困難で、良好な加熱（溶着）状態が得られ難く、両部材２、３ａに所定の溶着強度を安定して得ることが難しい。また、加熱手段として電熱ヒータ１００が使用されるため、加熱効率面でも劣り、所定の加熱温度を得るためには、高電力が必要になる等、省エネの面でも好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、誘導加熱ヒータの効果的な使用により、給油口とジョイント部材の溶着部を効率的かつ均一に加熱できて、所定の溶着強度を安定して得ることができると共に、省エネの面でも優れた燃料タンクの熱溶着装置を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、樹脂部材からなる燃料タンクの給油口の周囲にリング状に突出形成されたフランジ部と、樹脂部材からなり平面視リング形状に形成されて前記フランジ部上に載置されるジョイント部材と、を熱により溶着させる燃料タンクの熱溶着装置であって、前記ジョイント部材の上面に電気絶縁性を有する絶縁材を介して面接触されると共にその中心位置に前記ジョイント部材の中心位置に設けた孔より小径な孔を有してリング形状に形成された磁性体からなる誘導加熱ヒータと、該誘導加熱ヒータを前記ジョイント部材に押圧する押圧装置と、前記誘導加熱ヒータの外周側にその内周面が前記誘導加熱ヒータの外周面に対して所定の空間を介して配置された平面視円形の加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給可能なトランジスタインバータと、前記誘導加熱ヒータの表面温度を検出可能な温度センサと、これらを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記押圧装置を作動させ前記誘導加熱ヒータを下降させて前記ジョイント部材を前記フランジ部に所定圧で押圧した状態で、前記加熱コイルに前記トランジスタインバータから高周波電流を供給して前記誘導加熱ヒータを誘導加熱し、その輻射熱で前記フランジ部とジョイント部材の溶着部を加熱して熱溶着すると共に、前記温度センサの検出温度に基づいて前記トランジスタインバータから前記加熱コイルに供給される高周波電流を制御することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記絶縁材が、前記誘導加熱ヒータの下面に設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、溶着部の一方の外面側に誘導加熱ヒータを配置し、この誘導加熱ヒータを加熱コイルにより誘導加熱してその輻射熱で溶着部を加熱するため、瞬時に所定温度まで誘導加熱される誘導加熱ヒータの輻射熱を利用して、給油口とジョイント部材の溶着部を効率的かつ均一に加熱できて、所定の溶着強度を安定して得ることができると共に、誘導加熱の利用で省エネの面でも優れた熱溶着装置を得ることができる。

また、加圧装置によって誘導加熱ヒータ及び絶縁材を介してジョイント部材がフランジ部に所定圧で押圧されるため、溶着時のジョイント部材とフランジ部の位置ズレ等が抑制されて、溶着状態をより安定化させることができ、溶着強度の一層のアップを図ることが可能になる。

本発明に係わる熱溶着装置の基本概念を示す概略構成図同その溶着状態の断面図同溶着方法の一例を示す工程図本発明に係わる熱溶着装置の一実施形態を示す概略構成図本発明に係わる熱溶着装置の参考例を示す概略構成図同その溶着状態の断面図従来の熱溶着装置を示す概略構成図

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係わる熱溶着装置の基本概念を示している。図１に示すように、一方の樹脂部材としての例えば燃料タンク１には、円形の給油口３が設けられており、この給油口３の周囲には、リング状に外側（図において上方）に突出したフランジ部３ａが一体成形されている。

この給油口３に溶着される他方の樹脂部材としての例えば図示しない給油管が接続されるジョイント部材２は、円板状でその中心位置に例えば給油口３より大きな孔２ａが形成されることで平面視リング状に形成されている。なお、燃料タンク１とジョイント部材２の材質は、熱により互いに溶着可能な適宜の材質が使用され、また、図示したジョイント部材２の形態も一例であって、給油口３にジョイントされるホースコネクタ形状等の適宜形状のものが使用される。

そして、両樹脂部材である燃料タンク１のフランジ部３ａとジョイント部材２とを熱溶着する熱溶着装置１０は、ジョイント部材２の上方に所定の間隙ｈを有して配置された誘導加熱ヒータ１１と、この誘導加熱ヒータ１１の外周側に所定の空間ｔを介して配置された加熱コイル１２と、この加熱コイル１２に接続されたトランジスタインバータ１３と、このトランジスタインバータ１３を制御する制御装置１４等を備えている。また、誘導加熱ヒータ１１の反ジョイント部材２側の表面には、接触式のサーミスタ等からなる温度センサ１５が固定され、この温度センサ１５は前記制御装置１４に接続されている。

さらに、誘導加熱ヒータ１１は、中心位置に孔１１ａが設けられて平面視リング状に形成され、間隙調整装置１６に支持されている。この間隙調整装置１６が制御装置１４の制御信号により作動することで誘導加熱ヒータ１１が上下動して、ジョイント部材２との前記間隙ｈが所定に調整されるようになっている。なお、前記加熱コイル１２は、銅の丸パイプを所定回数巻回することにより、平面視略円形（もしくは馬蹄形）に形成されて、その内周面が誘導加熱ヒータ１１の外周面に対して所定の空間ｔを有するように設定されている。

この加熱コイル１２がケーブルで接続される前記トランジスタインバータ１３は、トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を、例えばフルブリッジ接続したインバータ回路を有し、その入力側が前記制御装置１４に接続され、その出力側が前記加熱コイル１２に接続されている。

また、前記制御装置１４は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部とＩ／Ｏ及び入力装置等を有し、前記温度センサ１５で検出された温度に基づいて、トランジスタインバータ１３の出力を調整して、加熱コイル１２に所定の高周波電流を供給したり、入力装置で入力された数値等に基づいて、前記間隙調整装置１６を作動させるようになっている。なお、図示はしないが、燃料タンク１は、適宜形態のタンク支持部材に位置決め状態で例えば上下動可能に支持されると共に、ジョイント部材２は、適宜のセット機構によりその孔２ａが燃料タンク１の給油口３と上下方向で一致した状態で支持（セット）されるようになっている。

次に、前記熱溶着装置１０による熱溶着方法の一例を、図３の工程図に基づいて説明する。先ず、燃料タンク１（樹脂部材Ｗ１という）をタンク支持部材にセット（Ｋ０１）すると共に、この燃料タンク１のフランジ部３ａ上にジョイント部材２（樹脂部材Ｗ２という）を載置してセット（Ｋ０２）する。これらの樹脂部材Ｗ１、Ｗ２のセットは、手動で行っても良いし、自動的に行うこともできる。一対の樹脂部材Ｗ１、Ｗ２をセットしたら、制御装置１４の制御信号により、間隙調整装置１６を作動させて待避位置にある誘導加熱ヒータ１１を下降させて所定位置にセットすると共に、加熱コイル１２を所定位置にセット（Ｋ０３）する。これにより、誘導加熱ヒータ１１とジョイント部材２との間隙ｈが所定に設定されることになる。

誘導加熱ヒータ１１や加熱コイル１２が所定位置にセットされたら、制御装置１４の制御信号によりトランジスタインバータ１３が作動（Ｋ０４）して、加熱コイル１２に所定の高周波電流が供給される。加熱コイル１２に高周波電流が供給されると、加熱コイル１２の内側に配置されている誘導加熱ヒータ１１の表面に渦電流が誘起されて、該誘導加熱ヒータ１１が誘導加熱され、その表面温度が温度センサ１５で検出される。

そして、誘導加熱により誘導加熱ヒータ１１の表面温度が、溶着すべき樹脂の材質等に応じて予め設定した所定温度になったか否かが制御装置１４で判断（Ｋ０５）される。この判断Ｋ０５で「ＮＯ」の場合は、トランジスタインバータ１３の出力を持続したり調整する等の制御（Ｋ０７）をして、工程Ｋ０５に戻る。また、判断Ｋ０５で「ＹＥＳ」の場合は、トランジスタインバータ１３の作動を停止（Ｋ０６）し、誘導加熱ヒータ１１等を待避位置に戻して、熱溶着された溶着品Ｗをアンセット（Ｋ０８）する。

これにより、図２に示すように、燃料タンク１の給油口３にジョイント部材２が熱溶着された溶着品Ｗが得られ、このとき、燃料タンク１のフランジ部３ａの上面（接触面）の一部とジョイント部材２の下面（接触面）の一部が溶融して溶着部４となって互いに熱溶着される。つまり、誘導加熱ヒータ１１をジョイント部材２に対して所定の間隙ｈを維持しつつ、加熱コイル１２で誘導加熱ヒータ１１を瞬時に誘導加熱することにより、誘導加熱ヒータ１１の輻射熱によって、接触（積層）状態のフランジ部３ａとジョイント部材２が加熱溶融されて溶着部４で熱溶着されることになる。

このように、前記熱溶着装置１０によれば、ジョイント部材２の溶着部４の一方の外面４ａである上面側に誘導加熱ヒータ１１を配置し、この誘導加熱ヒータ１１を加熱コイル１２への通電で誘導加熱すると共に、制御装置１４により、温度センサ１５で検出される誘導加熱ヒータ１１の表面温度（検出温度）に基づいて加熱コイル１２に供給される高周波電流を制御するため、瞬時に所定温度まで誘導加熱される誘導加熱ヒータ１１の輻射熱を利用して、燃料タンク１とジョイント部材２の溶着部４を効率的かつ均一に加熱できて、当該溶着部４に所定の溶着強度を安定して得ることができる。

特に、誘導加熱ヒータ１１がジョイント部材２の溶着部４の外面４ａに対して所定の間隙ｈを有して配置されているため、誘導加熱ヒータ１１の輻射熱を両部材の溶着部４に効果的に輻射できて、溶着部４に安定した溶着状態を容易に得ることができる。また、誘導加熱ヒータ１１とジョイント部材２の外面４ａとの間の間隙ｈが間隙調整装置１６によって調整可能であるため、両部材の溶着部４の形態等に応じて間隙ｈを調整できて、燃料タンク１のフランジ部３ａとジョイント部材２との溶着部４に最適な溶着状態を安定して得ることができる。

また、燃料タンク１とジョイント部材２の溶融時に、誘導加熱ヒータ１１を加熱コイル１２で誘導加熱してその輻射熱で溶着部４を加熱するため、従来の電熱ヒータ１００による加熱に比較して、低電力で加熱することができ、省エネの面でも優れた熱溶着装置１０を得ることができる。また、誘導加熱ヒータ１１の中心位置に孔１１ａが設けられて、その全体形状がリング状に形成されているため、円形の給油口３やリング状のジョイント部材２の形状に的確に対応できて、燃料タンク１の円形のフランジ部３ａとリング状のジョイント部材２の溶着部４を効率的に加熱して熱溶着させることができる。

図４は、本発明に係わる熱溶着装置の一実施形態を示している。以下、前記基本概念と同一部位には、同一符号を付して説明する。本発明の熱溶着装置１０は、誘導加熱ヒータ１１の下面（ジョイント部材２側の面）をジョイント部材２に面接触させると共に、誘導加熱ヒータ１１を加圧装置１７により下方に押圧可能に構成されている。この誘導加熱ヒータ１１は、その下面にガラス繊維等の絶縁材からなる所定厚の絶縁層１８が設けられており、誘導加熱ヒータ１１自体が直接ジョイント部材２の表面に接触しないように設定されている。

また、前記加圧装置１７は、制御装置１４の制御信号により、誘導加熱ヒータ１１を下降させることにより、該ヒータ１１の下面（絶縁層１８）でジョイント部材２をフランジ部３ａに所定圧で押圧するようになっている。この熱溶着装置１０においても、誘導加熱ヒータ１１の輻射熱により、接触状態にある燃料タンク１のフランジ部３ａとジョイント部材２とを熱溶着させることができて、前記基本概念と同様の作用効果を得ることができる。

また、この実施形態の場合、加圧装置１７によって誘導加熱ヒータ１１の絶縁層１８を介してジョイント部材２がフランジ部３ａに所定圧で押圧されるため、溶着時のジョイント部材２とフランジ部３ａの位置ズレ等が抑制されて、溶着状態をより安定化させることができ、溶着強度の一層のアップを図ることが可能となる。なお、この例の絶縁層１８は、誘導加熱ヒータ１１の下面のみならず、外周面の全面に設けることも勿論可能である。

図５は、本発明に係わる熱溶着装置の参考例を示している。この参考例の熱溶着装置は、燃料タンク１のフランジ部３ａとジョイント部材２間に誘導加熱ヒータ１１を介装させ、この誘導加熱ヒータ１１を溶着部４に内蔵するようにしている。すなわち、誘導加熱ヒータ１１は、平面視でリング状に形成された薄板の鋼板等で形成され、この誘導加熱ヒータ１１を燃料タンク１のフランジ部３ａ上に載置し、さらにこの誘導加熱ヒータ１１上にジョイント部材２を載置してセットする。この状態で、加熱コイル１２に高周波電流を供給して、誘導加熱ヒータ１１を所定温度まで誘導加熱し、この誘導加熱ヒータ１の表面温度を非接触式の放射温度計１９（温度センサ）で検出しつつ、誘導加熱ヒータ１１の輻射熱で該ヒータ１１の上下面に接触状態とされているフランジ部３ａとジョイント部材２の一部を熱溶着させる。

これにより、図６に示すように、フランジ部３ａとジョイント部材２の溶着部４に誘導加熱ヒータ１１が内蔵された状態で両部材３ａ、２が熱溶着される。この例においても、誘導加熱ヒータ１１の誘導加熱による輻射熱を利用してフランジ部３ａとジョイント部材２を熱溶着することができて、上記基本概念や実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、この熱溶着装置１０によれば、熱溶着後に誘導加熱ヒータ１１が溶着部４に内蔵された状態となるため、該ヒータ１１自体で溶着部４の剛性を高めることができて、溶着部４の機械的強度がアップする等、溶着強度をより一層高めることができる。この例の場合、誘導加熱ヒータ１１の円周方向に所定間隔で板厚方向に開口する孔（図示せず）を設けるようにすれば、この孔内に溶融した樹脂が進入した状態となり、溶着部４の溶着強度がより一層高まることになる。

なお、前記基本概念や実施形態における、誘導加熱ヒータ１１の形状は一例であって、その全体形状や厚さ、孔１１ａの有無や形状等、熱溶着すべき樹脂部材の形態等に応じて適宜形状の誘導加熱ヒータを使用することができる。

本発明は、燃料タンクとジョイント部材の熱溶着に限らず、燃料タンクに熱溶着すべき全ての樹脂部材に利用できる。

１・・・燃料タンク、２・・・ジョイント部材、２ａ・・・孔、３・・・給油口、３ａ・・・フランジ部、４・・・溶着部、４ａ・・・外面、１０・・・熱溶着装置、１１・・・誘導加熱ヒータ、１２・・・加熱コイル、１３・・・トランジスタインバータ、１４・・・制御装置、１５・・・温度センサ、１６・・・間隙調整装置、１７・・・加圧装置、１８・・・絶縁層、１９・・・放射温度計、Ｗ１、Ｗ２・・・樹脂部材、Ｗ・・・溶着品、ｈ・・・間隙、ｔ・・・空間。

Claims

樹脂部材からなる燃料タンクの給油口の周囲にリング状に突出形成されたフランジ部と、樹脂部材からなり平面視リング形状に形成されて前記フランジ部上に載置されるジョイント部材と、を熱により溶着させる燃料タンクの熱溶着装置であって、
前記ジョイント部材の上面に電気絶縁性を有する絶縁材を介して面接触されると共にその中心位置に前記ジョイント部材の中心位置に設けた孔より小径な孔を有してリング形状に形成された磁性体からなる誘導加熱ヒータと、該誘導加熱ヒータを前記ジョイント部材に押圧する押圧装置と、前記誘導加熱ヒータの外周側にその内周面が前記誘導加熱ヒータの外周面に対して所定の空間を介して配置された平面視円形の加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電流を供給可能なトランジスタインバータと、前記誘導加熱ヒータの表面温度を検出可能な温度センサと、これらを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記押圧装置を作動させ前記誘導加熱ヒータを下降させて前記ジョイント部材を前記フランジ部に所定圧で押圧した状態で、前記加熱コイルに前記トランジスタインバータから高周波電流を供給して前記誘導加熱ヒータを誘導加熱し、その輻射熱で前記フランジ部とジョイント部材の溶着部を加熱して熱溶着すると共に、前記温度センサの検出温度に基づいて前記トランジスタインバータから前記加熱コイルに供給される高周波電流を制御することを特徴とする燃料タンクの熱溶着装置。
前記絶縁材は、前記誘導加熱ヒータの下面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンクの熱溶着装置。