JP6495631B2

JP6495631B2 - 熱溶着装置

Info

Publication number: JP6495631B2
Application number: JP2014241699A
Authority: JP
Inventors: 務赤崎; 明菅野
Original assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Current assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP2016101718A

Description

本発明は、樹脂シート、樹脂フィルムなどの小片（以下「チップ材」と称する。）を熱可塑性樹脂部品に固定する際に用いられる熱溶着装置に関するものである。

近年、携帯電話や自動車用電子部品の高機能化に伴い、これらの熱可塑性樹脂製筐体には完全な密閉性が求められると同時に、温度や気圧の変動による筐体内圧の変化を抑える必要があるため、筐体の一部に通気口を設け、この通気孔にベントフィルターと呼ばれる多孔質メンブレンフィルターを溶着固定して防水性と通気性の両立を図っている。

前記ベントフィルターのチップ材を熱可塑性樹脂製筐体へ溶着固定する場合、手作業での正確な位置決めは難しく作業性も悪いため、前記チップ材の溶着位置への搬送や位置決めの自動化が欠かせない。そこで、特許文献１には、フィルター吸着装置を一体化した熱溶着装置が公開されている。

特開２０１４−４７２９号

前記特許文献１のベントフィルターの場合、防水性と通気性、耐候性が求められるため一般的にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を素材とする多孔質メンブレンが用いられるが、ＰＴＦＥは接着剤、両面テープ、ホットメルトなどによる接着固定に適さないため、この接着固定のためには熱溶着法が使われている。

この熱溶着法の一つとして、超音波溶着法があるが、ＰＴＦＥは摩擦係数が低いため超音波ホーンの押圧部とＰＴＦＥの間に滑りが発生し、溶着部の発熱が不安定になる。

また、超音波ホーンは連続運転を行うとホーン自体に熱がたまって高温になりやすく、溶着後にホーンを離脱時させる際に溶着部の固化が十分でなく、チップ材が溶融部から浮き上がりやすいという問題がある。

また、上記特許文献１の場合、チップ材がゴムやシリコーン製の吸着部で吸い付けるため、チップ材が薄くて腰の無い薄膜フィルム状だと、前記吸着部の形状に沿って変形してしまいシワが発生する虞がある。

本発明の目的は、ベントフィルターのようなチップ材を熱可塑性樹脂部品の溶着位置へ搬送して位置決めを行い、その後の溶着までを連続して行うことができる簡易で小型の熱溶着装置を提供することにある。

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、ａ．熱溶着性を有する素材で形成されたチップ材を熱可塑性樹脂製品に熱溶着するためのインパルス加熱方式の熱溶着装置であって、この熱溶着装置の熱溶着チップ本体の先端部には、インパルス加熱方式により発熱する発熱部を形成し、この発熱部に前記チップ材の溶着形状の輪郭よりやや小さい輪郭からなる当接面を突設し、前記当接面に囲まれた内部には空間部が形成されていること、ｂ．前記空間部の天面中央部に通気孔を形成し、この通気孔から下向きに吸引パイプを貫通して設けると共にこの吸引パイプの先端に装着した多孔質吸着パッドの先端面は前記当接面より突出して位置していると共に、吸引パイプと多孔質吸着パッドは昇降自在で、多孔質吸着パッドの先端方向に予圧されていること、ｃ．前記吸引パイプの後端部は、空気吸引装置に接続されていると共にこの空気吸引装置は、その切り替え手段により前記吸引パイプおよび多孔質吸着パッドの吸引口を負圧に、又は大気開放して真空破壊に切り替え自在に構成されていること、ｄ．前記熱溶着チップ本体の胴体部に排気スリットが形成されていること、ｅ．前記空間部の天面の前記吸引パイプの脇に冷却パイプを配置し、冷却パイプの後端部は圧縮空気供給装置に接続され、切り替え手段により圧縮空気を噴射自在に構成されていること、を特徴とするものである。

更に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱溶着装置において、前記熱溶着チップ本体の先端当接面より後退した位置であって、熱溶着チップ本体の外周面から水平方向にフランジが形成されていること、を特徴とするものである。

更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の熱溶着装置において、前記熱溶着チップ本体の前記多孔質吸着パッドは焼結合金で構成されていること、を特徴とするものである。

更に、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱溶着装置において、前記熱溶着チップ本体の前記多孔質吸着パッドの円筒外周面は樹脂で覆われていること、を特徴とするものである。

更に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱溶着装置において、前記熱溶着チップ本体の発熱部には熱電対が取り付けられていること、を特徴とするものである。

本発明の熱溶着装置を用いることによって、チップ材の吸着取り出し、搬送、位置決め、熱溶着、冷却固定までの一連の工程を１つの熱溶着装置で連続的に行うことが可能になる。また、吸着部と溶着加熱部が一体化された簡易な構造のため、装置全体の小型化が可能であると共に、メンテナンスが容易で安定した熱溶着が可能となる。

溶着装置の側面図。溶着装置の先端の正面図。熱溶着チップ本体の中央縦断側面図。熱溶着チップ本体の先端面の拡大断面図。溶着工程を示すもので、（ａ）は溶着前、（ｂ）はチップ材の吸着開始時、（ｃ）は搬送状態、（ｄ）は溶着位置へ移動した状態、（ｅ）は溶着開始の状態、（ｆ）は溶着が完了した状態を示す説明図。

本発明の熱溶着装置は、熱可塑性樹脂製品にチップ材を固定する目的であれば固定物及び被固定物の形状に制限は無い。チップ材９は図５（ａ）に示すようにシート９ａ上に同一ピッチで整列させられた状態で連続的に供給される場合が多いが、チップ材９の形状は円形、矩形、多角形、その他任意の形状であっても熱溶着チップ本体２側の多孔質吸着パッド３が密着し吸着固定が可能であれば問題ない。

チップ材９の材質は、熱可塑性樹脂製品１０との熱溶着性を有すれば使用可能であり、熱可塑性樹脂のほか、加熱により熱可塑性樹脂製品側の溶融物がチップ材９に含浸固定できる布、不織布、ガラス繊維、フェルトなどで形成されたシート状の小片（チップ）等を含む。

本実施例１は、請求項１ないし請求項５に記載した発明に対応する熱溶着装置の構造と溶着工程であって、この詳細を図１〜図５に基づいて説明する。

図１は熱溶着装置１の側面図、図２は先端面の正面図、図３は熱溶着チップ本体の中央縦断側面図、図４は熱溶着チップ本体の先端面部分の拡大断面図、図５（ａ）〜（ｆ）は溶着工程の説明図である。

符号の１は熱溶着装置であって、この熱溶着装置１は、熱溶着チップ本体２を主要な構成要素としており、この熱溶着チップ本体２の先端には、インパルス加熱による発熱するリング状の当接面２ａが突設され、更に熱溶着チップ本体２の先端側の外周面であって、前記当接面２ａより溶着対象となるフィルター９の外径よりやや大きく、前記当接面２ａより後退した位置にフランジ２ｂが形成されている。

前記熱溶着チップ本体２の両サイドであって、対称位置には、前記当接面２ａに近い位置に窓２ｄを形成し、更にこの窓２ｄから上方に向けてスリット２ｃを形成して、熱溶着チップ本体２を陽極と陰極に分け、この陽極と陰極に電源供給用のリード線７、７ａを接続している。

前記熱溶着チップ本体２の上端部内にはセラミック製絶縁体５を嵌合し、この絶縁体５の中心には、中空の通気孔を設けたスプリングプランジャ４ａが貫入され、このスプリングプランジャ４ａには中空ロッド４が挿入されており、この中空ロッド４の先端には焼結合金製の多孔質吸着パッド３が取り付けられていると共に、吸着パッド３の先端面３ｂは、前記当接面２ａから０．３ｍｍ突出した位置に設定されている。

前記多孔質吸着パッド３は通気性のある焼結合金の円筒部の周囲を耐熱性樹脂で覆った構成である。これは焼結合金の負圧化を安定させると共に、周囲の発熱部から熱を遮る効果がある。

なお、多孔質吸着パッド３が確実にチップ材９を吸着するためには、熱溶着チップ本体２の当接面２ａより多孔質吸着パッド１０ａの先端面がわずかに突出することが望ましくその寸法は先端と同一平面〜１．０ｍｍの範囲で適宜設定が可能である。

前記スプリングプランジャ４ａの中空ロッド４は進退自在で、スプリング４ｂで前方に与圧され、スプリングプランジャ４ａの管継手４Ｃには吸気チューブ４ｄが接続され、空気吸引装置（図示せず）に接続されている。前記空気吸引装置はコントローラ（図示せず）の切り替えにより、前記多孔質吸着パッド３内の吸引口を負圧に設定出来る。

さらに、前記スプリングプランジャ４ａの両脇にはセラミック製絶縁体５を貫通した冷却パイプ６、６ａが併設されていて、この冷却パイプ６、６ａは圧縮空気供給装置に接続されている。前記圧縮空気供給装置はコントローラ（図示せず）の切り替えにより、冷却パイプ６、６ａから圧縮空気を熱溶着チップ本体２内に噴射自在に構成されている。

熱溶着装置１は、架台（図示せず）に設置された上下及び前後左右に移動可能なアクチュエータ（図示せず）の先端に取り付けられる。前記アクチュエータには３軸制御のエアシリンダー、電動シリンダーまたはロボットなどを用いることが可能である。

チップ材９はシート状の台紙９ａの上に規則正しく連続的に同一ピッチで配置され、供給装置（図示せず）により前記溶着装置と連動して供給される。

次に［図５］（ａ）〜（ｆ）を用いて溶着工程を説明する。

本実施例におけるチップ材９はＰＴＦＥを素材とする多孔質メンブレンでｔ＝０．３ｍｍ φ１２．０ｍｍである。

熱溶着チップ本体２の当接面２ａは外径φ１１．０ｍｍ内径φ９．０ｍｍｍ、フランジ２ｂの外径はφ１２．０ｍｍ、当接面２ａとフランジ２ｂの段差は０．１５ｍｍ、多孔質吸着パッド３は通気性のある吸引部が外径φ７．０ｍｍ、前記吸引部の外周には円筒形の断熱材が一体に取り付けられ外径φ８．０ｍｍとなっている。

チップ材９を溶着する熱可塑性樹脂製品１０には通気口１１が設けられている、

最初に、チップ材９の吸着、搬送、位置決め工程について説明する。

［図５］（ａ）は、台紙９ａに配置されたチップ材９の上に溶着装置１がスタンバイし
ている状態である。この状態において、吸引パイプ４ｄへの負圧の供給は停止されている。

［図５］（ｂ）は、熱溶着装置１があらかじめ設定された位置まで下降して多孔質吸着
パッド３がチップ材９に接触し、コントローラの電磁弁の切り替えにより吸引パイプ４ｄに空気吸引装置から負圧がかけられてチップ材９は多孔質吸着パッド３に吸着されている状態である。

［図５］（ｃ）は、多孔質吸着パッド３に吸着されたチップ材９は台紙９ａから剥離し
て上昇し、熱可塑性樹脂製品１０向かって搬送されている状態である。

ここでチップ材９の吸引に必要な負圧は−１０ｋｐａ〜−５０ｋｐａである。負圧が弱いとチップ材９の多孔質吸着パッド３への吸着が弱く、台紙１３からの剥離が困難である。また、負圧が強すぎるとチップ材９に変形や傷が発生するため適切な負圧の設定が重要であり、よって、この負荷は、チップ材９の材質との関係でそのバランスを設定することになる。

本実施例の場合、必要な負圧力が−１０ｋｐａ〜−５０ｋｐａであるため、ポンプや真空発生装置などの大掛かりな設備は不要である。

本実施例では工場エアーの圧縮空気から負圧を発生させる装置（株式会社妙徳コンバ
ムＣＣＶ−０４ＨＳ）を用い、負圧の設定は−２０ｋｐａとした。

前記チップ材９が吸着されたことを確認するために、前記負圧回路内に負圧検知スイッチを組み込んで吸着エラーのチェック回路を組み込むことも有効である。

［図５］（ｄ）は、熱可塑性樹脂製品１０の溶着位置上に移動して来た熱溶着装置１及
びチップ材９は、あらかじめ設定された通気孔１１のセンターに対してＸＹ方向が位置決めされる。次に熱溶着装置１が降下し、チップ材９が熱可塑性樹脂製品１０に接する位置で停止し、チップ材９の位置決めが完了する。この停止位置は、熱可塑性樹脂製品１０と当接面２ａの隙間がチップ材９の厚みと同一になるようあらかじめ設定されている。コントローラの電磁弁切り替えにより吸引パイプ４ｄへの負圧化が停止し、多孔質吸着パッド３に吸着していたチップ材９は解放される。

次に、チップ材９の溶着工程について説明する。

［図５］（ｅ）は、前記工程によってチップ材９は熱溶着チップ本体２の当接面２ａと
熱可塑性樹脂製品１０に挟まれた状態である。ここで電源装置（図示せず）からリード線７，７ａに電圧を印加すると電気抵抗により熱溶着チップ本体２の当接面２ａが発熱する。同時に、溶着装置１に製品１０方向に適宜な押し圧を加えることにより、熱溶着チップ本体２の当接面２ａはチップ材９に圧接される。

発熱した当接面２ａの熱はチップ材９を加熱すると共にチップ材９を介して熱可塑性樹脂製品１０にも熱が伝わり、熱可塑性樹脂製品１０は軟化し、溶融温度に達すると溶融する。

熱溶着チップ本体２の発熱温度を正確に制御するために、発熱部に熱電対１２を取り付けることが有効である。図１に熱電対１２の取り付け例を示す。

［図５］（ｆ）は、溶融した熱可塑性樹脂製品１０はチップ材９と共に当接面２ａの押
し圧で押しつぶされると同時に溶融した樹脂の一部はチップ材９（多孔質メンブレン）にも含浸し、チップ材９は熱可塑性樹脂製品１４と一体に固定された状態である。

このようにして、熱溶着チップ本体２の溶着エッジ４がチップ材９と共に熱可塑性樹脂製品１０へ沈み込むと同時に、フランジ２ｂがチップ材９の外周部に接し、チップ材９の外周部はフランジ２ｂからの熱で加熱されながら押しつぶされて熱可塑性樹脂製品１０の表面に密着する。

この時、フランジ２ｂの温度は、当接面２ａに近い内側よりも外周部の方が低くなっている。

この結果、チップ材９の外周部と接する熱可塑性樹脂製品１０は、軟化温度以上には加熱されず、チップ材９の周囲に樹脂の溶け出しは起こらない。このためチップ材９の外形は、熱可塑性樹脂製品１０に密着した状態に維持され、周囲にバリの発生が起こらず、仕上がりの外観が良くなり、熱溶着チップ本体２へのチップ材９のトラレや溶融樹脂の付着も起こらない。

また、当接面２ａは、下降時（沈み込み時）にチップ材９に対してその中心から外周方向に押し広げるような力を加えることになるため、チップ材９にシワがよらず、きれいに溶着することになる。

熱溶着装置１の降下位置は事前に設定してあり、その降下位置は熱可塑性樹脂製品１０が溶融してチップ材９に含浸一体化し、チップ材９の溶着部は破損しない空間が確保出来る値を選ぶ。本実施例ではチップ材９の厚み０．３ｍｍに対し溶着部１０ａに０．１５ｍｍの空間を設定した。

ここまで、多孔質吸着パッド３の吸着面３ｂはチップ材９に接触した状態であるが、多孔質吸着パッド３はスプリングプランジャ４ａによって前後に摺動可能であり、チップ材９熱溶着チップ本体２の降下に対して後退するため、チップ材９を押し潰したり傷付ける虞は無い。

設定した加熱時間が経過した後、電圧の印加を止めると同時に熱溶着チップ本体２に設けた冷却パイプ６，６ａから図５（ｅ）に示すように冷却エアー６ｂが供給されるようにコントローラが電磁弁の切り替えを行う。噴出した冷却エアー６ｂは熱溶着チップ本体２の先端を内部から冷却する。

冷却エアー６ｂは多孔質吸着パッド３と熱溶着チップ本体２の隙間８を通過して冷却窓２ｄから、およびスリット２ｃの間隙を経由して外部に放出される。

あらかじめ設定した時間で熱溶着チップ本体２の当接面ａおよびフランジ２ｂが冷却され、溶着部１０ａの樹脂が固化するとコントローラの電磁弁の切り替えにより冷却エアー６ｂの供給を止め、熱溶着装置１を上昇させる。この結果チップ材９は熱可塑性樹脂製品１０の通気口１１の上に溶着し、図５（ｅ）に示すように通気口１１の入口に固定される。

１溶着装置
２熱溶着チップ本体
２ａ当接面
２ｂフランジ
２ｃスリット
２ｄ排気窓
３多孔質吸着パッド
３ａ断熱材
３ｂ吸着面
４中空ロッド
４ａスプリングプランジャ
４ｂスプリング
４ｃ管継手
４ｄ吸気チューブ
５絶縁体
６，６ａ冷却パイプ
６ｂ冷却エアー
７，７ａリード線
８隙間
９チップ材
９ａ台紙
１０熱可塑性樹脂製品
１０ａ溶融部
１１通気口
１２熱電対

Claims

ａ．熱溶着性を有する素材で形成されたチップ材を熱可塑性樹脂製品に熱溶着するためのインパルス加熱方式の熱溶着装置であって、この熱溶着装置の熱溶着チップ本体の先端部には、インパルス加熱方式により発熱する発熱部を形成し、この発熱部に前記チップ材の溶着形状の輪郭よりやや小さい輪郭からなる当接面を突設し、前記当接面に囲まれた内部には空間部が形成されていること、
ｂ．前記空間部の天面中央部に通気孔を形成し、この通気孔から下向きに吸引パイプを貫通して設けると共にこの吸引パイプの先端に装着した多孔質吸着パッドの先端面は前記当接面より突出して位置していると共に、吸引パイプと多孔質吸着パッドは昇降自在で、多孔質吸着パッドの先端方向に予圧されていること、
ｃ．前記吸引パイプの後端部は、空気吸引装置に接続されていると共にこの空気吸引装置は、その切り替え手段により前記吸引パイプおよび多孔質吸着パッドの吸引口を負圧に、又は大気開放して真空破壊に切り替え自在に構成されていること、
ｄ．前記熱溶着チップ本体の胴体部に排気スリットが形成されていること、
ｅ．前記空間部の天面の前記吸引パイプの脇に冷却パイプを配置し、冷却パイプの後端部は圧縮空気供給装置に接続され、切り替え手段により圧縮空気を噴射自在に構成されていること、
ｆ．を特徴とする熱溶着性素材で形成されたチップ材を熱可塑性樹脂製品に熱溶着するための溶着装置。
前記熱溶着チップ本体の先端当接面より後退した位置であって、熱溶着チップ本体の外周面から水平方向にフランジが形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
前記熱溶着チップ本体の前記多孔質吸着パッドは焼結合金で構成されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の熱溶着装置。
前記熱溶着チップ本体の前記多孔質吸着パッドの円筒外周面は樹脂で覆われていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱溶着装置。
熱溶着チップ本体の発熱部には熱電対が取り付けられていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱溶着装置。