JP6962562B2

JP6962562B2 - 熱溶着装置

Info

Publication number: JP6962562B2
Application number: JP2017255273A
Authority: JP
Inventors: 悠高瀬; 武志西川
Original assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Current assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Priority date: 2017-12-30
Filing date: 2017-12-30
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-12-30
Also published as: JP2019119122A

Description

本願発明は、熱可塑性樹脂成形品へ被固定物を固定する際に、熱可塑性樹脂成形品の一部に溶着ボスと称される溶着又は変形部を予め形成し、この溶着ボスを被固定物側の固定穴内に通し、又は被固定物側に形成した係合部に係合するようにして突出させた先端側を熱で溶融又は変形することにより、熱可塑性樹脂成形品に被固定物をカシメ止めする熱溶着装置に関するものである。

熱可塑性樹脂成形品（以下「成形品」と称す。）へ被固定物をカシメ止めする熱溶着装置として、特許文献１に開示されている熱溶着装置が公知である。この熱溶着装置は熱溶着チップ先端の抵抗発熱体を加熱して溶着ボスを溶融加熱し、溶着ボスを所望の形状に成形後、熱溶着チップに具備する冷却パイプに冷却エアーを供給して溶着ボスを速やかに冷却固化してカシメ止めする熱溶着装置である

この熱溶着装置は図３に示すように、抵抗発熱体３と冷却パイプ５を同軸に配置した熱溶着チップ２と、前記熱溶着チップ２の冷却パイプ５をクランプして前進後退動作をするためのスライドレール１２とスプリング１３、前記熱溶着チップ２の動作位置を検出するストロークセンサー（光電センサー）１５及び取付ベース１１で構成される熱溶着装置１（昇降ブロック）を図示しないエアーシリンダーまたは電動シリンダーで上下させる構造である。

また、熱溶着チップ２が溶着ボスを押す強さ（押圧力）の調整はスプリング１３の与圧量をアジャスターナット１４ｂで行い、カシメ止めの完了は熱溶着チップ２が設定した位置まで降下した事をストロークセンサー１５で検知する。

また、特許文献２においては、圧縮コイルバネでヒーターチップ（熱溶着チップ）を付勢して所望の押圧力を発生させる接合装置が公開されている。この接合装置はモーターとボールねじによって昇降ブロックを上下し、ヒータチップに連結したロッドを圧縮コイルバネで付勢し、ヒータチップを接合部に当接して加熱する構造である。

特開２０１０−０４２５２７号公報特開２０１２−２２８７００号公報

しかし、これらの熱溶着装置には次のような問題がある。
熱溶着装置は昇降ブロック上に、熱溶着チップ（ヒーターチップ）と熱溶着チップを溶着ボスのカシメ方向に付勢するためのスプリングと、熱溶着チップを上下に摺動させるためのスライドガイドと熱溶着チップの位置を検出するストロークセンサーなどで構成されるため、部品相互の動作を確認しながら精度良く組み立てる必要がある。

また、カシメ時の押圧力はスプリングの与圧量で調整するため、複数の熱溶着チップを使用する場合、それぞれのスプリングの与圧量をばらつきの無いように揃えることは非常に手間がかかった。

また、成形品にカシメ止めする被固定物は年々小型化して高密度で配置されるため、カシメ止めする溶着ボスの間隔が狭くなり、熱溶着装置を小型化して狭小部の溶着を可能にする必要がある。

さらに成形製品の３次元形状化に伴い、被固定物が自由曲面上に配置される事が多くなり、熱溶着装置を溶着ボス１点ずつ異なる角度や方向の傾斜位置へ配置する必要が出ているが、従来の熱溶着装置はスプリングによる押圧の動作しかできないため、傾斜方向の加工をするためにはそれぞれの角度ごとに独立して熱溶着装置を移動させるための動作シリンダーが必要となり、スペースの増大と熱溶着装置の複雑化が問題となっている。

本発明はこれらの問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂成形品に形成された溶着ボスを被固定物側に設けた固定穴内に通して、この固定穴から突出した溶着ボスの先端側を２本同時にカシメ止めするための熱溶着装置であって、熱溶着チップの先端に形成された抵抗発熱体とこの抵抗発熱体と一体の冷却パイプで構成される前記熱溶着チップを具備する熱溶着装置において、前記熱溶着チップと同軸にロッドシリンダーが配置され、このロッドシリンダーのピストンロッドが中空であり、前記熱溶着チップの前記冷却パイプが前記ピストンロッドに連結され、このピストンロッドの中空部に供給したエアーが前記ピストンロッドと連通した前記冷却パイプを通過して前記抵抗発熱体を冷却することができるように構成して成ることを特徴とするものである。

また、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、前記熱溶着装置の前記熱溶着チップがインパルス加熱方式であることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項に記載の熱溶着装置において、前記溶着装置の前記ロッドシリンダーが空圧で作動するエアーシリンダーであることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱溶着装置において、前記溶着装置の前記ロッドシリンダーが電気制御で作動する電動シリンダーであることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱溶着装置において、前記溶着装置の前記ロッドシリンダーの押圧力がカシメ加工工程において変化することを特徴とするものである。

以上に説明した本発明によると次の効果を奏する。
部品点数が少ないため、組立てが容易であり、組み立て精度も向上する。
更に、熱溶着チップの与圧量のばらつきを一定にできる。
更に、熱溶着装置の小型化と狭小空間への設置が可能となる。
更に、溶着ボスの形成角度に対する対応力が自由であると共に溶着ボスの押圧力の一定化と小型化により狭小スペースへの設置が容易となる。
更に、溶着工程の最後に溶着ボスの押圧力を上げることで、寸法精度が安定する。

熱溶着装置の側面図熱溶着チップと冷却パイプの断面図従来の熱溶着装置。熱溶着装置よる溶着工程の説明図。複数の熱溶着装置よる圧力調整の概念図傾斜位置へ配置した本発明の熱溶着装置傾斜位置へ配置した従来の熱溶着装置

本発明の熱溶着装置は、インパルス加熱方式の熱溶着チップと前記熱溶着チップの冷却パイプと中空のピストンロッドを同軸に連結したエアーシリンダーの押圧力によってカシメ止めをする構造であるである。

熱溶着チップはカシメ止めする溶着ボスの大きさ及び形状により決定され、エアーシリンダーのピストン径は前記溶着ボスのカシメに必要な押圧力に応じて適宜選択する。

熱溶着装置について、図１〜図３を用いて説明する。図１は熱溶着装置１の側面図、図２は熱溶着チップ２と冷却パイプ５の断面図、図３は従来の熱溶着装置１の側面図である。

図１の熱溶着装置１は熱溶着チップ２とエアーシリンダー８から構成される。
熱溶着チップ２は発熱部３と、電線６ａ、６ｂと、絶縁部４と冷却パイプ５からなり、電線６ａ、６ｂから電圧を印加すると先端部３が発熱し、先端部３の当接面３ａが溶着ボスを押圧しながら加熱溶融してカシメ止めを行うものである。

前記当接面３ａは基本的に外周円形の凹形状であるが、カシメ止めのボスの形状に合わせて当接面３ａの中央が部分的に凸形状であったり、外周に円盤状のフランジが形成されたりする場合があるが、これら形状についての説明は省略する。

エアーシリンダー８はエアーホース１０ａ、１０ｂから供給するエアー圧によってエアーシリンダー８の本体を貫通するピストンロッド９を前進後退動作させると共に、カシメ止め工程においてエアーホース１０ａからのエアー圧により一定または可変の圧力で熱溶着
チップ２を溶着ボスに押圧する。
エアーシリンダー８には図示しない位置センサーが内蔵されているため、ピストンロッド９の前進及び後退の位置を検出することができる。

図２は溶着チップ２とピストンロッド９の断面図である。
溶着チップ２の冷却パイプ５は中空構造のピストンロッド９と同軸で接合され、冷却ホース７から供給された冷却エアー７ａはピストンロッド９の中空部９ａを通って先端部３の内側に噴射される。先端部３を冷却したエアーは開口部３ａを通過して大気に開放される構造である。

図３は従来の熱溶着装置２０の側面図である。従来の熱溶着装置２０は、熱溶着チップ２と、冷却パイプ９を取り付けて上下に摺動させるスライドブロック１２と、前記スライドブロック１２を付勢して熱溶着チップ２を溶着ボスに押圧するためのスプリング１３と、前記スライドブロック１２の下降位置を検出する位置センサー１５と、これらの部品を取り付けるための昇降ブロック１１で構成される。
昇降ブロック１１は図示しない昇降装置によって成型品に対して昇降して加工を行うものである。

スライドブロック１２に立設したシャフト１４はスプリング１３を貫通し、昇降ブロック１１の上側に具備した下降位置調整ナット１４ａで加工位置が位置決めされる。スプリング１３の与圧はスプリング与圧調整ナット１４ｂによって調整する構造である。

従来の熱溶着装置２０におけるカシメ止めの位置調整手順は
・熱溶着装置1の下降位置を昇降装置（図示省略）で決定。
・スライドブロック１２（溶着チップ２）の下降限度位置を下降位置調整ナット１４ａで設定。
・スライドブロック１２の下降位置を検出するように位置センサー１５を設定。
・熱カシメの押圧力を溶着チップ２先端にプッシュプルゲージ（フォースゲージ）を当てて測定し、スプリング１３の与圧量をスプリング与圧調整ナット１４ｂで調整４ｂで設定。
の手順で行っている。

しかし、熱溶着装置２０の調整作業の中で熱溶着装置1の下降位置が上または下へわずかでも変更された場合、溶着チップ２の下降限度位置と共に押圧力も変わってしまう。この場合、前述の工程２〜４をやり直す必要があり、熱溶着装置２０の調整作業は難度が高いものであった。

スプリング１３に使用する圧縮コイルバネのバネ定数の公差は、ＪＩＳ規格において有効巻き数が１０を超える場合４％（１級）〜１２％（３級）と定められている。従ってスプリング１３の与圧量（縮み量ｍｍ）の寸法設定で管理した場合、熱溶着チップ２に対する押圧力に前記公差の誤差が発生するため、プッシュプルゲージで実際の押圧力を測定しながらスプリング１３の与圧量を調整する必要がある。熱溶着装置には多数の熱溶着チップ２が装着されるため、押圧力の測定と調整には多くの工数が必要であった。

また、設計変更などによりボス１８ａの寸法（主に直径）が変更になった場合、前記ボス１８ａに適合する寸法の熱溶着チップ２に入れ替えする。寸法の異なる熱溶着チップ２に対して適正な熱カシメの押圧力を得るためにはスプリング１３の与圧量を再設定するか、スプリング１３を入れ替えてバネ定数を変更する必要があった。

本発明の熱溶着装置１におけるカシメ止めの押圧力は、エアーシリンダー８に供給するエ
アー圧をエアーレギュレータで簡単に調整可能であるため、前述した従来の熱溶着装置２０の下限位置調整及び押圧力変更におけるスプリング１３の与圧量の再設定、またはスプリング１３の入れ替えによるバネ定数の変更といった手間が掛からず、容易にカシメ条件の変更が可能である。

また、ロッドシリンダーを電動シリンダーとすれば、押圧力はストロークに関係なく一定に設定して一定の押圧力でカシメ止めすることが可能である。さらに、電動シリンダーはプログラムの設定によって加工時間または作動ストロークに応じて押圧を変化させることが可能であるため、低い押圧力でカシメ加工を開始し、加工時間及び作動ストロークに応じて押圧力を上げ、加工終了時に押圧力を最大にして寸法精度を安定させることも容易である。

図４を用いて本発明によるカシメ止め工程の実施例を説明する。熱溶着装置１は図示しない昇降装置によって設定した位置まで下降し、次にエアーシリンダー８のエアーホース１０ａに図示しないエアーレギュレータで圧力を一定にしたエアーが供給されてピストンロッド９が作動し、ピストンロッド９先端の溶着チップ２が下降する。

溶着チップ２の発熱部３の先端にある当接面３ａが成型品１８のボス１８ａに接触するタイミングで電線６ａ，６ｂから電流が供給され、溶着チップ２の発熱部３が発熱すると、当接面３ａが成型品１８のボス１８ａの先端をエアーシリンダー８の圧力で押圧しながら軟化溶融し、ボス１８ａの先端を当接面３ａの凹形状に形成する。

溶着チップ２の押圧力は使用するエアーシリンダー８の直径とエアー圧力で決定され、エアー圧力は図示しないエアーレギュレータで設定する。このため、溶着チップ２の押圧力を変更したい場合、エアーレギュレータの調整だけで押圧力の変更が可能であり、従来のようにスプリング１３を交換する必要は無い。

カシメ加工の押圧力は、溶着チップ２の発熱部３が発熱して端加熱部ボス１８ａの温度が上昇するまで押圧力を低めにしておき、ボス１８ａの溶融軟化が始まってから溶着チップ２の押圧力を上げてボス１８ａの先端を当接面３ａの凹形状に賦形し、最後に押圧力を最大にしてカシメ形状を形成する事が望ましい。

しかし、従来のスプリング１３で溶着チップ２を押圧する方式の場合、溶着チップ２がボス１８ａの先端に当接してからスプリング１３を設定した量だけを縮ませているため、カシメ止めの開始時はスプリング１３が当接位置からの縮み量（ボス加工高さ分）だけ溶着チップ２の押圧力（バネ定数×縮み量）が大きくなり、ボス１８ａがて溶融軟化して溶着チップ２が下降するにしたがって押圧力が下がってしまう問題があった。

また、溶着ボス１８ａの高さ（カシメ代）が大きくなるとスプリング１３の縮み量が大きくなって加工開始と加工終了時で押圧力の差がさらに大きくなる問題がある。このため、スプリング１３の縮み量による押圧力の変化を少なくするため全長が長いスプリングを使用する必要があり、溶着装置１が大型化する問題があった。

本発明のエアーシリンダー８による押圧であれば、シリンダー８のストロークによる押圧力の変化はわずかであるため、一定の押圧力でカシメ止めすることが可能である。また、電気制御による圧力可変式エアーレギュレータを使用すればカシメ加工工程においてシリンダー８の押圧力を変化させることで寸法精度を安定させることが可能である。

次に、冷却ホース７からエアーを一定時間供給し、ピストンロッド９の中空部９ａと却パ
イプ５を経由したエアーが先端部３に一定時間噴射され、当接面３ａを介してボス１８ａの先端を冷却固化してカシメ止めが完了する。加熱電流の通電時間はタイマーで制御されるが、同時にエアーシリンダー８の位置センサーで溶着チップ２の下降位置を検出することでカシメ止めが正常に完了したか、確認を行う。

カシメ止めが完了すると、エアーシリンダー８のエアーホース１０ｂにエアーが供給されてピストンロッド９が上昇して溶着チップ２が成型品１８から離脱し、次に熱溶着装置１が上昇して加工が完了する。

複数の熱溶着装置１を用いた場合のエアーシリンダー８の圧力調整について、図５を用いて説明する。図５は同サイズのエアーシリンダー８を使った溶着装置１を複数個配置してカシメ止め加工を行う装置の概念図である。本発明の熱溶着装置１は、１つのエアーレギュレータ１９で圧力を設定して、並列接続した溶着チップ２の押圧力が一定に保たれるため、同じ押圧力でカシメ止めを行うことができる。

従来のスプリング１３で押圧する熱溶着装置２０においては、溶着チップ２の押圧力はそれぞれの溶着チップ２先端にプッシュプルゲージを当てて測定し、スプリング１３の与圧量をスプリング与圧調整ナット１４ｂで調整が必要であり、複数の熱溶着装置を同じ押圧条件に設定するのは非常に手間がかかったが、本発明によれば1カ所の押圧力を測定してエアー圧を設定するだけでよく、条件設定作業が大きく簡略化される。また、溶着チップ２の押圧力はエアーレギュレータ１９の目盛りを確認することで容易に行えるため、安定した品質のカシメ止め加工が可能となる。

熱溶着装置１を傾斜位置に搭載した例を図６を用いて説明する。図６は本発明によるは熱溶着装置１を傾斜位置に搭載した側面図、図７は従来の熱溶着装置２０を傾斜位置に搭載した側面図である。

図６は成型品１８の傾斜した取付面に対して垂直方向方向にカシメ止めするため、傾斜ブロック１６に熱溶着装置１を搭載した状態を示す。熱溶着装置１を搭載した傾斜ブロック１６は、図示しない昇降装置によって下降してあらかじめ設定した高さまで成形品１８に接近し、その位置からエアーシリンダー８のピストンロッド９と同軸に連結された熱溶着チップ２がカシメ止めを行うものである。カシメ止めの工程は実施例１と同様なので説明は省略する。

図６では１つの熱溶着装置１を示したが、実際の成形品１８の面上には複数の溶着ボス１８ａが配置され、成形品１８は３次元形状の物が多いため取付面の角度は一定ではなく、溶着ボス１８ａの傾斜角も少しずつ異なる。このため、角度の異なる傾斜ブロック１６に熱溶着装置１を搭載した溶着ユニットを複数配置する必要があり、熱溶着装置１の小型化と、実施例２のように複数のカシメ止め圧力設定を容易にできることは重要である。

比較例として図７に示す従来の熱溶着装置２０の場合、傾斜ブロック１６にエアーシリンダー８と熱溶着装置２０を搭載し、熱溶着装置２０の昇降ブロック１１はスライドブロック１２ａを介してと傾斜ブロック１６に取り付けられ、昇降ブロック１１とエアーシリンダー８は連結部１７で連結される構造である。

動作順序としては、、図示しない昇降装置によって下降してあらかじめ設定した高さまで成形品１８に接近し、その位置からエアーシリンダー８に連結された連結部１７を介して昇降ブロック１１とスライドブロック１２ａ及び熱溶着チップ２が成形品１８側に下降す
る。熱溶着チップ２が成型品１８のボス１８ａをカシメ止めする押圧力はスプリング与圧調整ナット１４ｂで設定する。

図６と比較すると、熱溶着チップ２のカシメ止めの作用自体は同様であるが、部品点数が多く構造も複雑で溶着ユニットも大きなものとなるため、複雑なレイアウトで配置することが困難である。さらに、熱溶着チップ２の位置や押圧力の調整は狭い空間の調整ナットで行う必要があり、多数のカシメ止め条件を一定に設定するには多くの工数が必要であった。

図６の本発明のコンパクトな熱溶着装置１を使用することで、傾斜位置のカシメ止めにおいて熱溶着装置の配置の自由度が高くなり、密集したボスの配置や３次元形状の成形品への部品のカシメ止めが可能となる。

１溶着装置
２熱溶着チップ
３先端部
４絶縁部
５冷却パイプ
６ａ、６ｂ電線
７冷却ホース
８エアーシリンダー
９ピストンロッド
１０ａ，１０ｂエアーホース
１１昇降ブロック
１２スライドブロック
１３スプリング
１４シャフト
１５位置センサー
１６傾斜ブロック
１７シリンダーと昇降ブロックの連結部
１８成形品
１９固定物
２０従来の熱溶着装置
２１エアーレギュレータ

Claims

熱可塑性樹脂成形品に形成された溶着ボスを被固定物側に設けた固定穴内に通して、この固定穴から突出した溶着ボスの先端側を２本同時にカシメ止めするための熱溶着装置であって、熱溶着チップの先端に形成された抵抗発熱体とこの抵抗発熱体と一体の冷却パイプで構成される前記熱溶着チップを具備する熱溶着装置において、
前記熱溶着チップと同軸にロッドシリンダーが配置され、
このロッドシリンダーのピストンロッドが中空であり、
前記熱溶着チップの前記冷却パイプが前記ピストンロッドに連結され、
このピストンロッドの中空部に供給したエアーが前記ピストンロッドと連通した前記冷却パイプを通過して前記抵抗発熱体を冷却することができるように構成して成る熱溶着装置。
前記熱溶着装置の前記熱溶着チップがインパルス加熱方式であることを特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
前記熱溶着装置の前記ロッドシリンダーが空圧で作動するエアーシリンダーであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の熱溶着装置。
前記熱溶着装置の前記ロッドシリンダーが電気制御で作動する電動シリンダーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱溶着装置。
前記熱溶着装置の前記ロッドシリンダーの押圧力がカシメ加工工程において変化することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱溶着装置。