JP6567250B2 - 熱溶着装置 - Google Patents

Description

本発明は、撥水フィルター、ろ過フィルター等のように、フィルター自体に気体又は液体を通すための微細な空間を有する薄膜（以下「フィルター」と称す。）を熱可塑性樹脂製品に固定する際に用いられる熱溶着チップを備えた熱溶着装置に関する。

近年、携帯電話や自動車用電子部品の高機能化に伴い、これらの部品は熱可塑性樹脂ケース内に収納されていると共に前記ケースには完全な水密性が求められると同時に、温度や気圧の変動によりケース内の圧力変動を防止する目的で、通気性のある撥水フィルターを固定した通気孔が設けられている。

また、浄水処理や汚水処理においては、ろ過フィルターを樹脂枠に固定した膜エレメントが用いられている。

また、フィルターを熱可塑性樹脂製品へ溶着固定する方法として、特許文献１には、熱板によって熱可塑性樹脂製品に凹部を形成し、この凹部内にフィルターを引き込んで固定する熱溶着方法が開示されている。

さらに特許文献２には、インクをろ過するためのフィルターを熱可塑性樹脂製品へ溶着する方法として、フィルター固定部に複数の溶着リブを設け、フィルターに接する２重の溶着リブを溶かしこむと同時に外周のリブを内側に溶かし込んでフィルターを周縁で固定する方法が開示されている。

特開２００６−２３１１３９号公報 特開平８−１１８６７２号公報

しかし、上記特許文献１の方法の場合、熱板によって形成された凹部にフィルターは固定されるが、フィルターの外周部は固定されないままであるため、フィルターの使用時に固定されていない外縁部がめくれ上がって破断、剥離する虞がある。

また、上記特許文献２の方法の場合、フィルターに接する２重の溶着リブと同時に外周リブの溶けこみによってフィルターが固定されるため、熱可塑性樹脂成形製品に形成される溶着リブの形状は、あらかじめ金型に形成しておく必要があり、溶着強度を確保するための溶着リブ形状の寸法調整において、そのリブの拡大にはその都度金型を追加工する必要であり、また、リブを縮小する場合には金型の肉盛りが必要になるため、多くの費用と時間が必要である。

本発明の目的は、フィルターの熱可塑性樹脂製品への熱溶着固定において、熱可塑性樹脂製品側には溶着リブのような固定手段の構成が不要であると共に、フィルターの外縁部がめくれ上がって破断したり、剥離したりすることがないように溶着可能な熱溶着チップを備えた熱溶着装置を提供することにある。

更に、熱溶着チップを手持ちで使用する際に、熱溶着チップの位置決め精度が低下したり、手振れ等により溶着強度が安定しなくなったりするのを防止できる熱溶着チップを備えた熱溶着装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂で成形された製品に設けられた通気孔の入口又は出口に対して取り付けて用いられる防水性フィルターを溶着するための熱溶着チップを備えた熱溶着装置であって、前記熱溶着チップの先端面にはインパルス加熱方式により発熱する発熱面及びこの発熱面には溶着エッジが突出して形成されていること、前記溶着エッジの先端部より後退した位置であって、前記熱溶着チップの外周面には水平方向にフランジが形成されていること、前記熱溶着チップの前記溶着エッジがフィルターと共に熱可塑性樹脂製品への沈み込むと同時に、前記フランジの押圧面からの熱で加熱されながら押し潰されて熱可塑性樹脂製品の表面に密着すること、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、熱可塑性樹脂成形品側には溶着リブ等のフィルターの固定手段を設けること無く、フィルターを、そのまま通気孔の入口又は出口に直接溶着して固定することができる。

また、フィルターは、熱溶着チップを押圧したときに熱可塑性樹脂製品を溶融する温度に加熱された溶着エッジがフィルターごとその表面から食い込み、同時にこの食い込んだ凹所部分においてフィルター側の間隙内に溶融した製品側の樹脂がしみ込むため、固化後このしみ込んだ樹脂の作用でフィルターは確実に固定される。

また、溶着したフィルターの外周はフランジ面により製品の表面に押圧され、密着することにより、経年的に周縁がめくれ上がって剥がれ易くなったり、外観が損なわれたりすることがない。

また、熱溶着チップに形成されたフランジにより、フィルターの取付口が凹所の場合には、この凹所内に丁度収まるフランジ径としておくことにより、フランジ部分をこの凹所内に差し込むことで熱溶着チップの位置決めを確実に行うことができる。

また、熱溶着チップを手持ちで使用する場合には、フランジ部分をフィルターの上面に密接させることで熱溶着チップのグラつきを防止し、同時に垂直を維持しながら溶着作業を行うことができる。

熱溶着チップの外観図。 熱溶着チップの断面図。 （ａ）〜（ｅ）熱溶着チップによる溶着工程の説明図。 フランジの表面にリング状の凹凸を施した発明の説明図。 （ａ）〜（ｅ）図４に係る熱溶着チップによる溶着工程の説明図。 フランジの裏面にテーパーを形成した熱溶着チップの説明図。 フィルターの取り付け箇所が凹所内の場合のフランジによる位置決め作用の説明図。 （ａ）実施例１で溶着されたときのフィルターの表面の説明図。（ｂ）実施例２で溶着されたときのフィルターの表面の説明図。

本発明の熱溶着装置は、熱可塑性樹脂製品に設けた通気孔の入口又は出口に対して直接フィルターを固定する時に使用される。

フィルターの材質は、熱可塑性樹脂製品に比較して熱溶融温度が高いことが条件であり、また、溶融した製品側の樹脂がフィルター内に含浸することが必要であるため、フィルターとしては布、不織布、ガラス繊維、フェルトなどとなる。

本実施例１は、請求項１に記載した発明の実施例であって、図１乃至図３（ａ）〜（ｅ）に基づいてその構成と溶着工程を詳細に説明する。

図１は熱溶着チップの斜視図、図２は中央縦断面図、図３（ａ）〜（ｅ）は溶着工程の説明図であって、符号の１は熱溶着装置を示し、２は熱溶着チップである。

この熱溶着チップ２の先端３には、発熱面５が形成されていると共に、この発熱面５からはリング状に溶着エッジ４が突設され、更に熱溶着チップ２の先端側の外周面であって、前記発熱面５から後退した位置にはフランジ６が形成されている。

７、７ａは発熱面５の裏側において、対称位置に形成された冷却エアーの流出窓、８、８ａは熱溶着チップ２の両側面において対称位置に形成されたスリット、９、９ａは電圧印加用のリード線、１０は冷却エアーパイプ、１１は絶縁体、１２は溶着対象となるフィルター、１３は熱可塑性樹脂製品、１４は前記冷却エアーパイプ１０から吹き出された冷却エアー、１５は熱可塑性樹脂製品１３に形成された通気孔である。

なお、溶着エッジ４の先端と発熱面５の段差を、フィルター１２の厚みよりやや大きい値とすることにより、発熱面５の熱が直接フィルター１２に影響しないように工夫している。

本実施例１におけるフィルター１２は、ＰＴＦＥを素材とする多孔質メンブレンでｔ＝０．３ｍｍ φ１２．０ｍｍ、熱溶着チップ２の溶着エッジ４は外径φ１０．０ｍｍ、内径φ９．０ｍｍｍ、フランジ６の外径φ１３．０ｍｍ、溶着エッジ４の先端とフランジ６の当接面６ａとの段差は０．３ｍｍ、溶着エッジ４の先端と発熱面５の段差は０．５ｍｍである。

フィルター１２を溶着する熱可塑性樹脂製品１３にはφ４．０ｍｍの通気孔１５が設けられている。

次に、図３（ａ）〜（ｅ）に基づいてフィルター１２の溶着工程を説明する。

図３（ａ）は、熱可塑性樹脂製品１３の通気孔１５の入口に配置されたフィルター１２の上に溶着装置１の熱溶着チップ２が移動して来てスタンバイしている状態である。

図３（ｂ）は、熱溶着チップ２が降下して来てフィルター１２が熱溶着チップ２の溶着エッジ４と熱可塑性樹脂製品１３間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９，９ａに電圧を印加すると電気抵抗により熱溶着チップ２の先端に形成した発熱面５が発熱する。この時の発熱面５の温度は２８０℃、溶着エッジ４は２６０℃、フランジ６の先端６ｂは２４０℃である。

同時に、熱溶着チップ２は、図３ｄに示すように図示しない駆動装置により製品１３に対して適宜な押し圧で押し付けられる。

この結果、図３（ｃ）に示すように発熱した溶着エッジ４がフィルター１２の表面側からフィルター１２を介して熱可塑性樹脂製品１３の表面を溶融温度に達するまで加熱する。

このようにして、熱可塑性樹脂製品１３が溶融を開始すると、図３（ｃ）に示すようにフィルター１２は溶着エッジ４により熱可塑性樹脂製品１３の肉厚内に凹状に変形しながら沈み込み、同時に溶融した樹脂が図３（ｄ）に示すようにフィルター１２内にしみ込む。

このようにして、熱溶着チップ２の溶着エッジ４がフィルター１２と共に熱可塑性樹脂製品１３へ沈み込むと同時に、フランジ６の押圧面６ａがフィルター１２の外周部１２ａに接し、フィルター１２の外周部１２ａはフランジ６の押圧面６ａ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１３の表面に密着する。

この時、押圧面６ａの温度は、溶着エッジ４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、フィルター１２の外周部１２ａと接する熱可塑性樹脂製品１３は、軟化温度以上には加熱されず、フィルター１２の外周部１２ａの周囲に樹脂の溶け出しは起こらない。このためフィルター１２の外形は、図３（ｅ）に示すように熱可塑性樹脂製品１３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２へのフィルター１２のトラレや溶融樹脂の付着も起こらない。この時のフィルター１２の表面を図８（ａ）に示す。

また、溶着エッジ４は、下降時（沈み込み時）にフィルター１２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、フィルター１２にシワがよらず、きれいに溶着することになる。

熱溶着チップ２の降下位置は、事前に設定してあり、本実施例１においては、その降下位置はフランジ６の押圧面６ａがフィルター１２の外周部１２ａの厚み（０．３ｍ）に接し、この外周部１２ａの厚さが半分（０．１５ｍｍ）まで潰れる位置とした。

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図３（ｄ）に示すように熱溶着チップ２に設けた冷却パイプ１０から冷却エアー１４を供給することにより、この冷却エアー１４は発熱面５の裏側に噴出し、この噴出したエアー圧で熱溶着チップ２の発熱面５を含む熱溶着チップ２の先端３は内部から冷却される。

その後、冷却エアー１４は窓７，７ａ及びスリット８，８ａから熱溶着チップ２の外に放出される。

このようにして、あらかじめ設定した時間で熱溶着チップ２の先端３を冷却することで溶着エッジ４、発熱面５、フランジ６が冷却され、更に窪み１２ｂ内においてはフィルター１２内にしみ込んだ樹脂が冷却されることにより、しみ込んだ樹脂は窪み１２ｂ内で固化する。
その後、冷却エアー１４の供給を止め、熱溶着チップ２を上昇させてフィルター１２上に熱溶着チップ２を逃がす。

この結果、フィルター１２は図３（ｅ）のように熱可塑性樹脂製品１３の通気孔１５の入口に固定される。

次に、熱溶着チップ２の構成を図４に、その溶着工程を図５（ａ）〜（ｅ）に示す。

本実施例２は、図４に示すように、熱溶着チップ２において、フィルター１２の外周部１２ａを押圧するフランジ６の押圧面６ａには同心円状の断面山形状のリブ６ｂが設けられている。このリブ６ｂの高さは０．３ｍｍ、ピッチは０．６ｍｍであり、このリブ６ｂの形状と寸法はフィルター１２の材質と厚みによって適宜選択される。

次に、溶着工程を図５（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明すると、図５（ａ）は熱可塑性樹脂製品１３の通気孔１５の入口に配置されたフィルター１２の上方に熱溶着チップ２がスタンバイしている状態である。

図５（ｂ）は、熱溶着チップ２が降下して来てフィルター１２の表面に溶着エッジ４の先端が当接し、溶着エッジ４と熱可塑性樹脂製品１３間にフィルター１２が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９，９ａに電圧を印加すると電気抵抗によりして熱溶着チップ２の発熱面５が発熱する。同時に、熱溶着チップ２は製品方向に適宜な押し圧で押し付けられる。

この結果、図５（ｃ）に示すように、熱溶着チップ２の溶着エッジ４の先端がフィルター１２と共に熱可塑性樹脂製品１３内に沈み込み、フランジ６の押圧面６ａがフィルター１２の外周部１２ａに接する。

この時、フィルター１２の周円は図５（ｃ）に示すように押圧面６ａのリブ６ｂで押さえられるため、フィルター１２の位置ずれや熱収縮による寸法変化が押さえられる。また、熱溶着チップ２の溶着エッジ４が熱可塑性樹脂製品１３に沈むに従って、フィルター１２及び熱可塑性樹脂成形品１３に溶着エッジ４の山側から順次熱が伝わって熱可塑性樹脂製品１２は軟化溶融し、図５（ｃ）に示すように溶着エッジ４がフィルター１２を熱可塑性樹脂製品１２の肉厚内に凹状に沈み込ませる。

この沈み込みにより、溶融した樹脂がフィルター１２内にしみ込む。

次に、図５（ｄ）に示すように、規定の沈み込み量に達すると加熱を終了し、冷却エアー１４を発熱面５の裏側に吹き出して熱溶着チップ２の先端３を内側から冷却することで発熱面５、溶着エッジ４及びフランジ６を冷却したのち、熱溶着チップ２を上昇させる。本実施例２において、押圧面６ａの最外周に位置するリブ６ｂをフィルター１２の外形（径）と一致させることにより、押圧面６ａによって形成される凹形状にフィルター１２の外周を固定することができ、これによりフィルター１２を剥がれにくくすることができる。

あらかじめ設定した時間で熱溶着チップ２の先端２ａ及び発熱面５が冷却され、溶融した樹脂が固化すると冷却エアー１４の供給を止め、熱溶着チップ２を上昇させる。
この結果フィルター１２は図５（ｅ）に示すようにリブ６ｂの形状を周囲の表面に残した状態で熱可塑性樹脂製品１３の通気孔１５の入口に固定される。この時のフィルター１２の表面形状を図８（ｂ）に示す。

なお、フランジ６に形成するリブ６ｂの正面形状は、本実施例２のようにリング状に形成する場合以外に、フランジ６の中心から放射状に広がる直線状のリブ等であってもよく、リブ６ｂの形状は任意である。

次に、本発明の実施例を図６に基づいて説明する。
なお、熱溶着チップ２および溶着工程は前述した実施例１と同様であるため、異なる部分のみを説明する。

本実施例３は、図６に示すように、熱溶着チップ２のフランジ６部分における押圧面６ａの裏側に外周方向に向かって薄くなるようにテーパー６ｃを形成した。これにより、フランジ６は外周方向に向ってその肉厚が薄くなり、これにより肉厚が一定のものに比較して押圧面６ａの外周部の温度をより低くすることが出来る。この結果、フランジ６の周方向おいて、適切な温度分布とすることが可能となる。

図７は、フランジ６が熱溶着チップ２の位置決めとしても作用する例であって、この位置決めは、通気孔１５の入口にフィルター１２の固定段部１３ａが設けられている場合にこの段部１３ａの壁１３ｂと略同径にフランジ１２の外径を設定することにより、熱溶着チップ２をこの段部１３ａの中心に誘導し、密着位置がズレないように制御する例である。
また、熱溶着チップ２を手持ちで使用する形態の場合であって、熟練者で無い場合には熱溶着チップ２が傾いたりして溶着エッジ４の押し込み量が円周方向において不均一となり、溶着固定にバラつきが発生したりすることがあるが、フランジ６の押圧面６ａをフィルター１２の表面に密着することで、熱溶着チップ２をフィルター１２に対して垂直に立てて作業ができる。
また、フランジ６は押圧時にそのストッパーとしてもの作用するため、押圧不足あるいは過多の問題が発生しない。

１ 溶着装置
２ 熱溶着チップ
４ 当接面
５ 発熱面
６ フランジ
７，７ａ 窓
８，８ａ スリット
９，９ａ リード線
１０ 冷却パイプ
１１ 絶縁体
１２ フィルター
１３ 熱可塑性樹脂製品
１４ 冷却エアー
１５ 通気孔

Claims (1)

1. ａ．熱可塑性樹脂で成形された製品に設けられた通気孔の入口又は出口に対して取り付け
   て用いられる防水性フィルターを溶着するための熱溶着チップを備えた熱溶着装置であって、
   ｂ．前記熱溶着チップの先端面にはインパルス加熱方式により発熱する発熱面及びこの発熱面には溶着エッジが突出して形成されていること、
   ｃ．前記溶着エッジの先端部より後退した位置であって、前記熱溶着チップの外周面には水平方向にフランジが形成されていること、
   ｄ．前記熱溶着チップの前記溶着エッジがフィルターと共に熱可塑性樹脂製品への沈み込むと同時に、前記フランジの押圧面からの熱で加熱されながら押し潰されて熱可塑性樹脂製品の表面に密着すること、
   ｅ．を特徴とする熱溶着装置。

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