JP7547261B2 - 溶融用ヒータ、および成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製の一対の半成形品をそれぞれの接合端面を溶融して接合して成形品を得るとき、それらの接合端面の溶融に使用される溶融用ヒータ、および溶融用ヒータを使用して成形品を製造する製造方法に関するものである。

樹脂からなる一対の半成形品を、それぞれの接合端面を溶融して互いに圧着し、成形品を製造するには、接合端面を溶融する溶融用ヒータを使用する必要がある。溶融用ヒータは、非接触かつ短時間で溶融端面を加熱することができるカーボンヒータ、ハロゲンヒータから形成されている。カーボンヒータまたはハロゲンヒータは、接合端面の形状に適合するようにその形状が形成され、接合端面を効率的に溶融できるようになっている。しかしながら、接合端面の形状は成形品の種類毎に異なっているので、成形品の種類毎に溶融用ヒータを用意しなければならない。

これに対して特許文献１には、カーボンヒータまたはハロゲンヒータについて平板状を呈するように加工した溶融用ヒータが提案されている。つまりカーボンヒータまたはハロゲンヒータを、複数箇所の直線区間が形成されるように複数回屈曲させる。そして複数の直線区間が互いに平行に等間隔になるように、かつ同一平面状に配置されるようにする。このようにして溶融用ヒータが平板状に形成されている。この溶融用ヒータは、それぞれの接合端面が対向するように配置された一対の半成形品の間に非接触的に挿入する。そして溶融用ヒータを揺動させると接合端面を均一に溶融することができる。

特開２０１５－１１６７１２号公報

特許文献１に記載の溶融用ヒータは、接合端面の形状に合わせて形成する必要がない。つまり成形品の種類毎に溶融用ヒータを用意する必要がなく汎用的に使用でき優れている。しかしながら、溶融したい接合端面以外の部分も加熱される揺動されるという問題がある。

本開示において、半成形品の接合端面を選択的に加熱することができる溶融用ヒータ、および成形品の製造方法を提供する。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

溶融用ヒータを、平行に配置された２枚のガラス板と、これら２枚のガラス板の間に設けた複数本の要素ヒータとから構成する。複数本の要素ヒータは、全体として平板状のユニットに配置されるようにする。そしてガラス板には、複数本の要素ヒータから放射される赤外線をコントロールする表面加工を施す。

本開示は、他の部分を溶融することなく、接合端面を選択的に加熱して溶融することができる。

本実施の形態に係る製造装置である、射出成形機とヒータ装置の一部を示す正面図である。 本実施の形態に係る射出成形機の一部とヒータ装置とを示す側面図である。 本実施の第１の形態に係る溶融用ヒータの正面図である。 図３におけるＸ－Ｘ断面で示す、本実施の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。 一対の要素ヒータからなるペアヒータを示す正面図である。 本実施の形態に係る成形品の製造装置である、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部と、溶融用ヒータとを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品の製造方法の一部の工程における、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部とを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品の製造方法の一部の工程における、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部とを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品の製造方法の一部の工程における、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部とを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品の製造方法の一部の工程における、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部と、溶融用ヒータとを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品の製造方法の一部の工程における、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部とを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態に係る成形品の製造方法の一部の工程における、本実施の形態に係る金型と、射出成形機の一部とを示す正面断面図である。 本実施の第２の形態に係る溶融用ヒータの正面図である。 本実施の第３の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。 本実施の第４の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。 本実施の第５の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。 本実施の第６の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。 本実施の第７の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。 本実施の第８の形態に係る溶融用ヒータの上面断面図である。

以下、具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下の実施の形態に限定される訳ではない。説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。また、図面が煩雑にならないように、ハッチングが省略されている部分がある。

本実施の形態を説明する。
＜成形品の製造装置＞
本実施の形態に係る成形品の製造装置１は、図１に示されているように、射出成形機２と、本実施の形態に係るヒータ装置３とから構成されている。後で説明するように、射出成形機２において一対の半成形品を成形し、これら一対の半成形品の接合端面をヒータ装置３によって溶融し、半成形品を圧着して成形品を得るようになっている。

＜射出成形機＞
本実施の形態に係る射出成形機２は型締装置５と射出装置６とから構成されている。型締装置５はベッドB上に固定されている固定盤８と、ベッドB上をスライドする型締ハウジング９と、ベッドB上を同様にスライドする可動盤１１とを備えている。固定盤８と型締ハウジング９は複数本、例えば４本のタイバー１２、１２、…によって連結されている。可動盤１１は、固定盤８と型締ハウジング９の間でスライド自在になっている。型締ハウジング９と可動盤１１の間にはトグル機構からなる型締機構１４が設けられている。なお型締機構１４は直圧式の型締シリンダから構成してもよい。

固定盤８と可動盤１１にはそれぞれ本実施の形態に係る固定側金型１６と可動側金型１７とが設けられ、型締機構１４を駆動すると型開閉するようになっている。型締ハウジング９は、これらの金型１６、１７の厚みに応じてスライドして、型開き時の固定盤８と可動盤１１との距離を調整するようになっている。これらの金型１６、１７については後で説明する。本実施の形態に係るヒータ装置３は、これらの金型１６、１７に隣接して配置されており、図１において紙面の奥行き方向に設けられている。

射出装置６は、加熱シリンダ１９と、この加熱シリンダ１９に入れられているスクリュ２０と、スクリュ２０を駆動するスクリュ駆動装置２１とから構成されている。加熱シリンダ１９にはホッパ２２と射出ノズル２３とが設けられている。スクリュ２０を回転してホッパ２２から樹脂材料を供給すると樹脂材料は加熱シリンダ１９内で溶融され計量される。スクリュ２０を軸方向に駆動すると溶融された樹脂が射出ノズル２３から射出される。

＜ヒータ装置＞
本実施の形態に係るヒータ装置３は、図２に示されているように、射出成形機２の側方に設けられている。ヒータ装置３は、次に説明する本実施の形態に係る溶融用ヒータ２５と、この溶融用ヒータ２５を水平に駆動する駆動機構２６と、駆動機構２６を支持している基台２４とから概略構成されている。駆動機構２６によって、溶融用ヒータ２５を金型１６方向に駆動したり、金型１６から退避させたりできるようになっている。ヒータ装置３には溶融用ヒータ２５に電力を供給する電力供給装置も設けられているが、図２においては図示が省略されている。

＜溶融用ヒータ＞
本実施の形態に係る溶融用ヒータ２５として、図３、４には本実施の第１の形態に係る溶融用ヒータ２５Ａが示されている。溶融用ヒータ２５Ａは、金属製の長方形状の枠体２７と、カーボンヒータ、ハロゲンヒータ等からなり赤外線、遠赤外線を照射する複数本の直線状の要素ヒータ２８、２８、…と、２枚のガラス板３０、３０とから構成されている。複数本の要素ヒータ２８、２８、…は枠体２７内に平行に配置され、全体が平板状のユニットになっている。そしてこれら複数本の要素ヒータ２８、２８、…を覆うように２枚のガラス板３０、３０が枠体２７に設けられている。

第１の実施の形態についてより詳しく説明すると、要素ヒータ２８、２８、…は２本ずつが１組のペアヒータ３２、３２になっている。ペアヒータ３２は、図５に示されているように、石英ガラス管３３と、この石英ガラス管３３に入れられた２本の要素ヒータ２８、２８とからなる。これら要素ヒータ２８、２８はそれぞれの一方の端部において結線されている。従って、他方の端部から電力を供給すると電流が２本の要素ヒータ２８、２８を直列に流れるようになっている。このようなペアヒータ３２、３２、…が、図３に示されているように、垂直に設けられ、水平方向に所定の間隔を空けて平行に配置されている。

第１の実施の形態においては、要素ヒータ２８、２８、…が断線した場合、断線した１本の要素ヒータ２８のみを交換すれば足りる。あるいは、１組の要素ヒータ２８、２８からなるペアヒータ３２のみを交換すれば足りる。これは、要素ヒータ２８、２８、…を、加熱対象に適合させるようにその形状を屈曲させる等の加工が不要であるからである。つまり、本開示は修復コストを低減するとともに予備ヒータの管理が容易となる効果を奏する。

溶融用ヒータ２５Ａは、２枚のガラス板３０、３０が設けられている点、およびこれらのガラス板３０、３０に表面加工が施されている点に特徴がある。複数本の要素ヒータ２８、２８からの赤外線は平面状に一様に放射されるが、この赤外線をコントロールするために表面加工が施されている。第１の実施の形態においては、表面加工は赤外線を遮光する、あるいは減光するマスキング処理になっている。後で説明するように半成形品の接合端面だけを選択的に加熱できるように、接合端面の形状に合わせて所定のパターンでマスキング処理が施されている。

具体的に説明すると、本実施の形態においては、マスキング処理のうち皮膜処理が採用されている。つまり、ガラス板３０、３０の表面に、図４において符号３５、３５、…で示されているように、遮光用の塗料が塗布されている。この他に皮膜処理として、メッキ、コーティングを施してもよいし、色付きのガラスを接合してもよい。さらにマスキング処理にはサンド処理、あるいはエッジング処理もある。つまりガラス板３０、３０の表面にサンド処理を施して、擦りガラスに加工して所定のパターンで赤外線が散乱・減光されるようにしてもよい。このようなマスキング処理を施したガラス板を用いることで、成形品形状が変更した場合でも、成形品形状のパターンに合わせてマスキング処理したガラス板に入れ替えるだけで、簡単にヒータの加熱領域を変更することができる。

図３においては、複数本の要素ヒータ２８、２８、…のそれぞれに設けられている電線は途中で図示が省略されている。これらの電線は、図示されない電力供給装置に接続されており、必要なタイミングで電力が供給され要素ヒータ２８、２８から赤外線が照射されるようになっている。

＜金型＞
本実施の形態に係る固定側金型１６と可動側金型１７とを説明する。図６に示されているように、固定側金型１６は、その背面から射出装置６の射出ノズル２３がタッチしており樹脂が射出されるようになっている。可動側金型１７は、可動盤１１に固定されている固定プレート１７Ａと、この固定プレート１７Ａに対してスライド自在に設けられているスライド金型１７Ｂとから構成されている。スライド金型１７Ｂはピストンシリンダユニット３８によって上下にスライドされるようになっている。後で説明するように、スライド金型１７Ｂは成形位置と、圧着位置とにスライドされることになる。

固定側金型１６とスライド金型１７Ｂには、パーティングラインに成形品を成形するための凹凸が形成されている。すなわち固定側金型１６には、その上側に第１の凹部４０が形成され、下側に第１の凸部４１が形成されている。そしてスライド金型１７Ｂには、その上側に第２の凸部４２が形成され、下側に第２の凹部４３が形成されている。従って、スライド金型１７Ｂを成形位置にして、金型１６、１７を型締めすると、第１の凹部４０と第２の凸部４２とから、そして第１の凸部４１と第２の凹部４３とからそれぞれキャビティが構成されることになる。

＜成形品の製造方法＞
本実施の形態に係る成形品の製造装置１を使用して成形品を製造する方法を説明する。図６に示されているように、ピストンシリンダユニット３８を駆動してスライド金型１７Ｂを下方にスライドする。すなわち成形位置にする。型締装置５を駆動して型締めする。そうすると図７Ａに示されているように、固定側金型１６の第１の凹部４０とスライド金型１７Bの第２の凸部４２とから、そして固定側金型１６の第１の凸部４１とスライド金型１７Bの第２の凹部４３とから、それぞれキャビティが構成される。次に、射出成形工程を実施する。つまり射出装置６から樹脂を射出する。そうすると、第１、２の半成形品４５、４６が成形される。

第１、２の半成形品４５、４６の冷却・固化を待って型開工程を実施する。そうすると図７Ｂに示されているように、第１の半成形品４５は固定側金型１６に、第２の半成形品４６はスライド金型１７Ｂに残った状態で型開きされる。第１の半成形品４５と第２の半成形品４６には、それぞれ接合端面４５Ａ、４６Ａが形成されている。

整合工程を実施する。つまり図７Ｃに示されているように、ピストンシリンダユニット３８を駆動して、スライド金型１７Ｂを上方の圧着位置にスライドする。このとき第１、２の半成形品４５、４６は、それぞれの接合端面４５Ａ、４６Ａ同士が対向する。すなわち整合する。

溶融工程を実施する。つまり駆動機構２６（図２参照）を駆動して、図７Ｄに示されているように第１、２の半成形品４５、４６の間に本実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Ａを挿入する。必要に応じて型締装置５（図１参照）により型開量を調節して接合端面４５A、４６Ａの間隔を近づける。ただし溶融用ヒータ２５Ａは接合端面４５Ａ、４６Ａに対して非接触状態を維持する。複数本の要素ヒータ２８、２８、…（図３、図４参照）に電流を供給すると赤外線が放射される。ガラス板３０に施されたマスキング処理３５、３５によって赤外線は接合端面４５A、４６Ａを選択的に照射して、これらを溶融する。

圧着工程を実施する。つまり駆動機構２６（図２参照）を駆動して、溶融用ヒータ２５Ａを退避する。ついで図７Ｅに示されているように、型締装置５を駆動して型閉じする。そうすると第１、２の半成形品４５、４６はそれぞれの接合端面４５Ａ、４６Ａ同士が圧着される。つまり接合される。型締装置５を駆動して型開きすると、図７Ｆに示されているように成形品４７が得られる。

＜第２の実施の形態に係る溶融用ヒータ＞
溶融用ヒータ２５は色々な変形が可能である。図８には第２の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Ｂが示されている。この実施の形態においては、複数本の要素ヒータ２８、２８、…はペアにはなっておらず、互いに独立している。つまりこれらの要素ヒータ２８、２８、…それぞれ石英ガラス管３３‘、３３’、…に１本ずつ設けられている。このような要素ヒータ２８、２８、…は水平に設けられ、上下方向に等間隔に配置されている。

なお、要素ヒータ２８、２８、…による加熱は赤外線の放射の割合がほとんどだが、空気の対流による加熱の割合も若干ある。加熱された空気は、図８において符合５０で示されているように上昇するので、上方の方がより加熱されやすい。そこで、下側に配置されている要素ヒータ２８、２８、…に比して上側に配置されている要素ヒータ２８、２８、…の通電時間を短くしたり、供給する電流の大きさを小さくしたりして、調整しても良い。

＜第３の実施の形態に係る溶融用ヒータ＞
図９には第３の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Ｃが示されている。この実施の形態においては、２枚のガラス板３０‘、３０’に施されている表面加工は、板厚を部分的に変えて表面に凹凸を形成する凹凸加工からなる。具体的には、ガラス板３０‘、３０’には、凸部５１、５１、…と、凹部５２、５２が形成されている。このような凹凸加工が施されているので、要素ヒータ２８、２８、…から照射される赤外線は屈折する。すなわち、凸部５１では集光され、凹部５２では発散されることになる。これによって半成形品４５、４６（図７Ｃ参照）の接合端面４５Ａ、４６Ａを選択的に加熱することができる。

＜第４の実施の形態に係る溶融用ヒータ＞
図１０には第４の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Dが示されている。この実施の形態においては、要素ヒータ２８、２８、…は第１層と第２層の２層に配置されている。すなわち２層構造になっている。そして第１層の要素ヒータ２８、２８、…と第２層の要素ヒータ２８、２８、…の間には反射板５５が設けられている。反射板５５によって第１層の要素ヒータ２８、２８、…からの赤外線と、第２層の要素ヒータ２８、２８、…からの赤外線とを分離して、一方のガラス板３０側と、他方のガラス板３０側とに均等に照射することができる。なお、反射板５５は必須ではなく、必要に応じて設けるようにすればよい。

なお、1台の射出成形機２に複数台の射出装置６、６を設けて、色違い、あるいは樹脂違いの半成形品４５、４６を成形する場合がある。この場合、半成形品４５と半成形品４６とでの赤外線の吸収率や溶融温度の違いから両者の溶融状態に違いが出て、両者を溶着できる温度まで加熱すると、先に溶融した方の樹脂が分解を始める恐れがある。このような場合、第1層と第2層とに配置されている要素ヒータ２８、２８、…の通電時間に差をつけたり、供給する電流の大きさに差をつけたりして、両者の溶融状態を調整しても良い。

＜第５の実施の形態に係る溶融用ヒータ＞
図１１には第５の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Ｅが示されている。この実施の形態も、第４の実施の形態と同様に、要素ヒータ２８、２８、…が２層構造に配置されている。この実施の形態においては、それぞれの石英ガラス管３３、３３には、一方の面にアルミ蒸着等により反射膜５６、５６、…が施されている。これによって第４の実施の形態における反射板５５（図１０参照）と同様の効果が得られる。

＜第６、７の実施の形態に係る溶融用ヒータ＞
本実施の形態に係る溶融用ヒータ２５において、要素ヒータ２８、２８、…の配置の方向には制約はない。ヒータを斜め方向に配置したり、必要最小限の回数折り曲げた要素ヒータ２８を一部、あるいは全体に配置したり、などの色々な変形が可能である。このような変形例として、図１２、１３には、第６の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５F、第７の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Gが示されている。

＜第８の実施の形態に係る溶融用ヒータ＞
図１４には、第８の実施の形態に係る溶融用ヒータ２５Hが示されている。この実施の形態では、成形品の溶着部が両側部において一部横方向に張り出した形状になっている。溶着部の形状に合わせて枠体２７、ガラス板３０も横方向に張り出した形状になっている。この実施の形態においては、要素ヒータ２８、２８、…も設けられているが、横方向に張り出した部分に対応するように形状が変形された湾曲ヒータ５８、５８も採用されている。湾曲ヒータ５８、５８を採用することによって、複雑な溶着部の形状に対しても対応することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。以上で説明した複数の例は、適宜組み合わせて実施されることもできる。

１ 成形品の製造装置 ２ 射出成形機
３ ヒータ装置 ５ 型締装置
６ 射出装置 ８ 固定盤
９ 型締ハウジング １１ 可動盤
１２ タイバー １４ 型締機構
１６ 固定側金型 １７ 可動側金型
１７Ａ 固定プレート １７Ｂ スライド金型
１９ 加熱シリンダ ２０ スクリュ
２１ スクリュ駆動装置 ２２ ホッパ
２３ 射出ノズル ２４ 基台
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ、２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆ、… 溶融用ヒータ
２６ 駆動機構 ２７ 枠体
２８ 要素ヒータ ３０ ガラス板
３２ ペアヒータ ３３ 石英ガラス管
３５ マスキング処理 ３８ ピストンシリンダユニット
４０ 第１の凹部 ４１ 第１の凸部
４２ 第２の凸部 ４３ 第２の凹部
４５ 第１の半成形品 ４５Ａ 接合端面
４６ 第２の半成形品 ４６Ａ 接合端面
４７ 成形品 ５１ 凸部
５２ 凹部 ５５ 反射板
５６ 反射膜 ５８ 湾曲ヒータ
Ｂ ベッド

Claims (15)

1. 一対の半成形品のそれぞれの接合端面を溶融して接合し成形品を製造するときに前記接合端面を溶融させるための溶融用ヒータであって、
   前記溶融用ヒータは、
   平行に配置された２枚のガラス板と、
   前記２枚のガラス板の間に全体として平板状のユニットに配置された複数本の要素ヒータと、を備え、
   前記ガラス板には、前記接合端面の形状に合わせた表面加工が施され、前記複数本の要素ヒータから放射される赤外線をコントロールして前記接合端面を選択的に加熱して溶融すると共に他の部分の溶融を防止するようになっている、溶融用ヒータ。
2. 前記複数本の要素ヒータのそれぞれは直線状になっており互いに平行に配置されている、請求項１に記載の溶融用ヒータ。
3. 前記溶融用ヒータは、前記複数本の要素ヒータがそれぞれ水平に設けられている、請求項１または２に記載の溶融用ヒータ。
4. 前記表面加工は赤外線を特定のパターンで遮光し、または減光し、あるいは散乱するマスキング処理である、請求項１～３のいずれかの項に記載の溶融用ヒータ。
5. 前記表面加工は前記ガラス板の表面の凹凸により赤外線の屈折を調整して赤外線を集光し、あるいは発散させる凹凸加工である、請求項１～４のいずれかの項に記載の溶融用ヒータ。
6. 前記複数本の要素ヒータは、個別に通電を制御することが可能になっている、請求項１～５のいずれかの項に記載の溶融用ヒータ。
7. 前記複数本の要素ヒータは、隣接する２本が１組として直列に接続されており、組毎に通電される、請求項１～６のいずれかの項に記載の溶融用ヒータ。
8. 前記溶融用ヒータは、前記複数本の要素ヒータのうち略半数の前記要素ヒータから平面状の１層目が形成され、残りの本数の前記要素ヒータから平面状の２層目が形成された、２層構造になっている、請求項１～７のいずれかの項に記載の溶融用ヒータ。
9. 前記１層目と前記２層目の間には、赤外線を反射する反射部材が設けられている、請求項８に記載の溶融用ヒータ。
10. 前記溶融用ヒータの前記複数本の要素ヒータには、それぞれ、前記１層目と前記２層目が対向する側の面において、赤外線を反射する表面処理が施されている、請求項８に記載の溶融用ヒータ。
11. 平行に配置された２枚のガラス板と、
    前記２枚のガラス板の間に全体として平板状のユニットに配置された複数本の要素ヒータと、を備えている溶融用ヒータを使用して、
    一対の金型によって一対の半成形品を成形する射出成形工程と、
    型開工程において一方の半成形品を一方の金型に、そして他方の半成形品を他方の金型にそれぞれ残す型開工程と、
    前記一対の半成形品のそれぞれの接合端面を近づけて対向させる整合工程と、
    前記一対の半成形品の接合端面間に前記溶融用ヒータを非接触的に挿入して接合端面を溶融する溶融工程と、
    前記溶融用ヒータを退避させて型閉じして互いの接合端面を圧着する圧着工程と、を備え、
    前記ガラス板には前記接合端面の形状に合わせた表面加工を施しておき、前記溶融工程において、前記複数本の要素ヒータから放射される赤外線をコントロールして前記接合端面を選択的に加熱して溶融すると共に他の部分の溶融を防止するようにする、成形品の製造方法。
12. 前記溶融用ヒータは、前記複数本の要素ヒータのそれぞれが直線状になっており互いに平行に配置されている、請求項１１に記載の成形品の製造方法。
13. 前記溶融用ヒータは、前記複数本の要素ヒータがそれぞれ水平に設けられている、請求項１１または１２に記載の成形品の製造方法。
14. 前記表面加工は赤外線を特定のパターンで遮光し、または減光し、あるいは散乱するマスキング処理である、請求項１１～１３のいずれかの項に記載の成形品の製造方法。
15. 前記表面加工は前記ガラス板の表面の凹凸により赤外線の屈折を調整して赤外線を集光し、あるいは発散させる凹凸加工である、請求項１１～１４のいずれかの項に記載の成形品の製造方法。
    

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