JPH079565A - 電磁放射線、特に赤外線の放出による加熱方法 - Google Patents

電磁放射線、特に赤外線の放出による加熱方法

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JPH079565A
JPH079565A JP6131761A JP13176194A JPH079565A JP H079565 A JPH079565 A JP H079565A JP 6131761 A JP6131761 A JP 6131761A JP 13176194 A JP13176194 A JP 13176194A JP H079565 A JPH079565 A JP H079565A
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radiation
alloy
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JP6131761A
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Jean-Louis Janin
ジャナーン ジャン−ルイ
Michel Gorguet
ゴルゲ ミシェル
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Mecasonic SA
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 構成部品を接触せずに、表層を溶解させるヒ
ーターを提供する。 【構成】 少なくとも1つの放射源(1)が、一体接合
する熱可塑性構成部品(7、8)の接合線(5、6)に
よって形成された形状にできるだけ近い形の抵抗体
(2)として延伸配置され、同様に反射域(12)が抵
抗体の輪郭に合致しており、特に電流などのエネルギー
源を前記放射源(1)の内部を通過させて、ジュール効
果と、恐らく金属薄膜(16)で被覆した反射面(1
2)に放出された放射線の焦点を合わせることで、前記
構成部品同士の界面にある表層材を溶解させ、構成部品
の接合を妨害しないような位置に放射源を戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラスチック製構成部
品、特に、自動車産業の各種機器メーカーから納入され
たプラスチック製構成部品を一体に接合するための、電
磁放射線による溶接方法に関するものである。具体的に
は、プラスチックの構成部品には接触せずに、各種動作
モードを利用して、構成部品同士が接触する前に材料の
表層を溶解させるヒーターを提供することを目的とす
る。
【0002】
【従来の技術】公知の溶接方法では、加熱ミラーに基づ
く技術を使用し、高温に熱した金属エレメントを各種構
成部品の接合部に接触させることで所定の厚さ分の材料
を溶解させている。しかし、この方法には、ユーザー側
が加熱表面を何度も清掃しなければならないという重大
な欠点がある。これは、材料の残留物が端部に凝集する
ためであるが、その結果、一方では熱伝達に有害な絶縁
性の余分な厚みが発生し、他方では軟化した材料の表皮
層ができて不均質な溶接ビードを発生させる。
【0003】また、無接触の加熱方法も公知であり、特
に、ノズルを通して熱風を吹き付けるシステムのような
装置に使用されている。しかし、この加熱方法では、ヒ
ーターをできるだけ接合部の近くに寄せて使用しなけれ
ばならず、非常に難しいゆっくりとした動きをマニピュ
レーター装置で再現する必要があり、このため、軟化し
たビードの厚みをうまく制御できなくなる。
【0004】実験室用としては、赤外線を使用した無接
触の加熱方法も広く使われているが、この加熱ビームは
表面に対して直線の掃引運動に応じて案内されるため、
構成部品の輪郭が複雑な場合は、接合線または接合面だ
けに加熱ビームの焦点を合わせるのではなく、構成部品
全体に放射する傾向を持つ複数の線源が使われている。
【0005】特に、輪郭にくぼみ、ゆがみ、または盛り
上がりがあるような、曲がりくねった輪郭を持つ構成部
品や、加工時間が非常に短く、生産装置の保守もできる
だけ短くする必要があるような大量生産の構成部品の場
合には、従来の方法をすべて転用できるわけではない。
また、一体接合する構成部品の接合線は一般的に狭くな
っているため、赤外線ランプによる既存の加熱方法で
は、接合部付近に無数の変形が発生するとともに、表面
処理によって中空の構成部品の内部に熱が蓄積してしま
う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、各種動作モ
ードによって高速運転可能で、構成部品の接合面に対し
て電磁放射線を掃引する必要がなく、線源から隠れた表
面に向かって放射線を向けるために線源とは反対側にミ
ラーを設ける必要がなく、しかも最も複雑な形状の構成
部品に合わせて調整可能でその形状に一致するような、
無接触の加熱方法を追求することで、上記の欠点を克服
しようとするものである。さらに、線が非常に細くなる
ような無接触発熱体を生産し、三次元空間におけるあら
ゆる偏位運動に対応できるような無接触発熱体を生産す
ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、少
なくとも1つの放射源が、一体接合する熱可塑性構成部
品の接合線によって形成された形状にできるだけ近い形
の抵抗体として延伸配置され、同様に反射域が抵抗体の
輪郭に合致しており、特に電流などのエネルギー源を前
記放射源の内部を通過させて、ジュールの効果と、恐ら
く金属薄膜で被覆した反射面に放出された放射線の焦点
を合わせることで、前記構成部品同士の界面にある表層
材を溶解させ、構成部品の接合を妨害しないような位置
に放射源を戻すことを特徴とする、電磁放射線の放出に
よる加熱方法を提供することである。
【0008】上記以外の本発明の特徴と利点は、具体的
な実施例を示した添付図面の図1〜図8を参照しながら
以下の詳細な説明を考慮すれば、明らかになるであろ
う。ただし、添付図面はこの実施例に限定するためのも
のではない。
【0009】
【実施例】電磁放射線の放出による加熱方法を使用する
装置の好ましい実施例によれば、この装置は、高い強度
を有する材料ででき、ワイヤ2、ストリップ3、または
チューブ4の形状になっている少なくとも1つの放射源
1からなる。ただし、この材料は、特定の実施例とは無
関係に、特に、曲げたり、巻線状にしたりするような塑
性変形によって、一体接合する熱可塑性構成部品7およ
び8の接合面5および6の複雑な形状に一致するよう、
展性を有するものである。
【0010】放射源は、それを実現する各種の方法によ
れば、外気に曝したままにするか、チューブ4に挿入し
ても構わない。同様に、このチューブは、接合線の渦巻
き部分や表面不整にぴったり沿っている。さらに、シー
ルして外部環境から遮断してもよく、この場合には、放
射源は、ガス(ハロゲン化ガス、稀ガス、不活性ガスな
ど)を含まないか、ガスを充填した雰囲気中に浸す。あ
るいは、この放射源は、単一放射源の場合はその本体と
は反対側の複数の線上に設けた開口部9によって形成し
た複数のミニ母線か、いわゆる複式放射源の場合は1本
の線によって、高温のガスを流したり、所定の方向に吹
き付けたりできるようになっているため、これにより、
対流運動が発生し、その対流運動が必要に応じて放射の
伝達に結びつく。
【0011】放射線の焦点を有効面に合わせ、接合ビー
ドのない外部域が軟化による劣化を起こさないようにす
るため、放射源には、曲がりくねった線に対応できるよ
うに、赤外線ランプの標準的なリフレクターと同じタイ
プの凸面鏡または楕円形のリフレクターなどの反射面1
2が設けられている。
【0012】本方法の効率は、基本的には、熱可塑性構
成部品の接合線に対するヒーターの一致度と相対的位置
とに関連する。その三次元の形状をできるだけ忠実に再
現するため、軟質材料、特に、シリコーンをベースとし
た弾性タイプの材料でできたコードまたはロッド11
(図3に破線で示す)は、接合線の輪郭と正確に一致す
る。
【0013】このロッド11は、後で取り外されるもの
であるが、陰原型として放射源の反射部12の原型をな
す。それぞれの接合面に前記コードが設けられた熱可塑
性構成部品は生産機械または機械加工用テンプレート上
に配置され、仮想溶接作業と同様に2つの構成部品が互
いに接するまで構成部品を移動させる。両方の構成部品
が垂直方向に接したら、コード11と平行な平面の反対
側で、特に、金属材料でできた剛性コア13を構成部品
同士の間に挿入する。この剛性コアは、複数の耐火性フ
ァイバーおよびバインダー層14および15に対する補
強材および骨組みとして機能し、これらの層は、コアに
接着せずにその表面が凝固した後で、弾性コード11を
閉じ込めておく。
【0014】このように形成されたサンドイッチ構造
は、機械的衝撃と熱衝撃のどちらにも十分耐えうるもの
で、その中心部には、前記コード11を取り外した後に
残っている中空域に複数の放射源1を固定できるように
なっている。放射源1を固定する作業の前に、ニッケ
ル、銀、銅をベースとする合金のような、反射係数の高
い金属薄膜16を気化によって蒸着することで、このよ
うな中空域の反射能を高めることができる。ただし、こ
の合金は、熱伝導性が非常に低く、しかも反射係数が優
れ、融点ができるだけ高いものでなければならない。一
例として、一般に「ARCAP」と呼ばれている、ニッ
ケルと銅の合金を挙げることができる。この合金の特性
は次の通りである。 −銀色 −融点:1,250℃ −光学的反射係数:70% −熱伝導率:23W/m℃ −いかなる気体発散でも腐食しない。
【0015】このように形成した反射域12および16
の焦点にできるだけ近い位置に複数の放射源1を配置す
る。これらの放射源は、脚部17によってサンドイッチ
構造の両側に固定されるか、半埋め込み状態で耐火層内
を移動する。前記放射源は、断面が円形または四角形の
フィラメント2またはストリップ3として形成され、電
流に対する抵抗が非常に大きい金属でできているため、
ジュール効果によって大量の熱を発生させる。
【0016】放射源1のもう1つの実施例によると、材
料、特に、硬度および耐熱性が高い高分子樹脂をベース
とした材料に機械加工を施して一連の加工上の特徴を付
与することもできる。機械加工の各種段階では、恐らく
数値制御方式の工作機械を使用しているため、特に、フ
ライスなどの切削工具を制御することができ、その刃先
が、一体接合する構成部品7および8に関するCADデ
ータの写像として、前記放射源1の反射域12に希望の
輪郭を形成する。
【0017】このようにして得たくぼみは、融点が50
〜200℃の範囲の合金を充填するための形を形成す
る。この合金としては、例えば、ビスマスク合金(融点
が137℃)が挙げられる。凝固後、薄い(0.5m
m)ニッケルベースの薄膜16をくぼみの自由面に吹き
付ける。この薄膜16にはでこぼこやしわがあり、後で
添加する耐火材がぴったり付くようになっている。抵抗
力のあるストリップ3またはワイヤ2を取り付けるため
に、放射域の凝固合金だけを機械加工し、スロットを設
ける。
【0018】放射源が連続していて、一体接合する構成
部品によって規定された放射域が部分的に不連続になっ
ているとすると、作業域の外側部分の長さは、後で添加
する耐火材の内部に完全に埋め込まれる。つまり、反射
面12の外側にある各区域でワイヤまたはストリップの
温度が確実に低下するように、断面が大幅に変化するこ
とを意味する。このような断面の変化は、抵抗体を機械
加工して断面積を縮小するか、稀ガス下で行う従来の溶
接によって材料を追加して断面積を拡大すれば、実現で
きる。
【0019】この後は、一方で放射源をくぼみに固定
し、他方で使用限界が少なくとも1,400℃の耐火材
からなる層14および15に一体化するか被覆すること
によって放射源を生産機械に組み込めるようにするとよ
い。最終作業としては、温度が合金の融点(本発明の場
合は150℃)をいくらか上回る環境に凝固したサンド
イッチ構造を配置する。金属を流し込むことにより、放
射源1の希望の輪郭に一致する滑らかな反射面12を形
成することができる。
【0020】必要な応用条件に従って、即ち、単位長さ
当たりに放射されるエネルギーの量に応じて、前記フィ
ラメントをスパイラル状に巻くか、コイル状に巻くか、
ストリップの場合にはコンセルチーナ状に折り畳む。特
に、電気導体は、直径が1mmの「KANTHAL A
F」(Fe、Ni、Cr)という用語で知られる抵抗ワ
イヤなど、タングステン、ニッケル、クロム、鉄、アル
ミニウムをベースとするフィラメントから選択し、2.
5mmのピッチで直径が5mmになるようにコイル状に
巻く。この導体に印加され、ジュール効果によって特に
赤外スペクトルの電磁波に変換された電力は、公知の方
法で、無接点リレーベースの電源系統またはサイリスタ
タイプの電源系統によって送出される。
【0021】本放射源のもう1つの実施例によれば、放
射源は、石英とシリカをベースとするチューブ4に内蔵
されるか、特に、マグネシアなどの熱伝導率が高い材料
19で外装される。
【0022】電気導体が自由空間に配置されているか、
導体がチューブ内に配置されているか、恐らく導体に穴
抜きまたは外装が施してあるかの、いずれの実施例であ
っても、このような導体は接合線の三次元の形状に完璧
に沿っており、しかも入射光線の焦点を正確に接合域だ
けに向けて調整できるように、楕円形の反射域の焦点に
できるだけ近い位置に配置されている。
【0023】前記導体は、2つの別々の構成部品に属す
る複数の接合線上に立体角360度で放射する単一放射
源を形成するか、または、吸収壁で区切られ、各熱可塑
性構成部品のそれぞれの接合線に立体角約180度でそ
れぞれ拡散する複式放射源を形成する。
【0024】いくつかの実施例を使ってこれまで説明し
てきたような、赤外線による加熱方法を使用すると、生
産装置を高速移動させたり高生産率を得ることができ、
放射源の大きさを削減し、機械的な面と熱的な面の両方
でその慣性を低くすることができる。さらに、放射時の
焦点調整が非常に正確なので、接合線がほぼ瞬間的に溶
解し、表面材を追加する必要がない。しかも、このよう
に無接触で溶解させる方法では、発熱体の清掃のために
生産を停止させる必要もない。
【0025】当然のことながら、本発明は上記の実施例
に限定されるものではなく、特に、玩具、家庭電化製
品、および航空機などの分野におけるプラスチック溶接
に応用する場合は、その変更態様をすべて包含するもの
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、単一放射源からなる本発明の実施例で
ある。
【図2】図2は、いわゆる複式放射源からなる本発明の
実施例である。
【図3】図3は、複式放射源の斜視図である。
【図4】図4は、脚部を利用して放射源を固定した反射
面の正面断面図である。
【図5】図5は、部分埋め込みを利用して放射源を固定
した反射面の正面断面図である。
【図6】図6は、同様に部分埋め込み可能なストリップ
状に形成した放射源の正面断面図である。
【図7】図7は、熱導体で外装した放射源の斜視図であ
る。
【図8】図8は、放射源をそのまま表出するか、熱拡散
体として放射源を外装する開口部が設けられたチューブ
の斜視図である。
【符号の説明】
1 放射源 2 ワイヤ,フィラメン
ト 3 ストリップ 4 チューブ 5,6 接合面 7,8 熱可塑性部品 9 開口部 11 コードまたはロッ
ド 12 反射面,反射域 13 剛性コア 14,15 耐火材層 16 金属薄膜 17 脚部 19 熱伝導率の高い
材料

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つの放射源(1)が、一体
    接合する熱可塑性構成部品(7、8)の接合線(5、
    6)によって形成された形状にできるだけ近い形の抵抗
    体(2)として延伸配置され、同様に反射域(12)が
    抵抗体の輪郭に合致しており、特に電流などのエネルギ
    ー源を前記放射源(1)の内部を通過させて、ジュール
    効果と、金属薄膜(16)で被覆した反射面(12)に
    放出された放射線の焦点を合わせることで、前記構成部
    品同士の界面にある表層材を溶解させ、構成部品の接合
    を妨害しないような位置に放射源を戻すことを特徴とす
    る、電磁放射線の放出による加熱方法。
  2. 【請求項2】 接合域にある抵抗体(2)の温度を低下
    させるために、放射源(1)の断面に不連続部を形成
    し、電気の導通が接合線(5、6)によって規定された
    作業域に対応しないようにすることを特徴とする、請求
    項1記載の加熱方法。
  3. 【請求項3】 一体固定する熱可塑性構成部品(7、
    8)の接合線(5、6)の正確な輪郭を、材料、特に高
    分子樹脂をベースとする材料に施した一連の機械加工上
    の特徴によって写し取って、前記放射源(1)の反射域
    (12)の輪郭と同じ輪郭を有するくぼみを実現するよ
    うにし、融点が50〜200℃の範囲内にある合金で前
    記くぼみを充填し、前記合金の凝固後に、特にニッケル
    をベースとする薄い薄膜(16)をくぼみの自由面に吹
    き付け、次に、抵抗力のあるストリップ(3)またはワ
    イヤ(2)が通過できるように放射域にある前記合金だ
    けを機械加工して複数のスロットを設け、被覆するか耐
    火材の層(14、15)に一体化することでアッセンブ
    リを堅固にし、最終作業として、温度が合金の融点をい
    くらか上回る環境に凝固したサンドイッチ構造を配置す
    ることを特徴とする、請求項1および2のいずれか1つ
    に記載された加熱方法。
  4. 【請求項4】 一体固定する熱可塑性構成部品(7、
    8)の接合線(5、6)の正確な輪郭を、柔軟な弾性コ
    ード(11)の後部に事前に蒸着することで写し取り、
    その結果、サンドイッチ構造の凝固後に、中心部に金属
    コア(13)を内蔵する複数の耐火材およびバインダ層
    (14、15)の自由面に前記コードを閉じ込め、さら
    に前記コード(11)を後で取り除き、複数の放射源
    (1)で置き換えることを特徴とする、前記請求項のい
    ずれか1つに記載された加熱方法。
  5. 【請求項5】 抵抗体(2)として延伸し、一方で複数
    の反射域(12)にできるだけ合致し、他方で一体接合
    する熱可塑性構成部品(7、8)の接合線(5、6)に
    よって形成された形状にできるだけ合致している放射源
    (1)を具備し、特に電流などのエネルギー源が前記放
    射源(1)に給電して、前記構成部品同士の界面にある
    表層材を溶解させることを特徴とする、前記請求項1〜
    4のいずれか1つに記載された加熱方法を使用するため
    の装置。
  6. 【請求項6】 熱可塑性構成部品(7、8)の接合線
    (5、6)の反対側に、単一放射源(1)を具備するこ
    とを特徴とする、前記請求項5に記載された加熱方法を
    使用するための装置。
  7. 【請求項7】 熱可塑性構成部品(7、8)の接合線
    (5、6)の反対側に、複式放射源(1)を具備するこ
    とを特徴とする、前記請求項5または6に記載された加
    熱方法を使用するための装置。
  8. 【請求項8】 複数の開口部(9)内を流れるガスが入
    っているチューブ(4)内に放射源(1)を密閉して、
    放射伝達と対流伝達とを組み合わせることで表層材を溶
    解させるようにすることを特徴とする、前記請求項5,
    6または7に記載された加熱方法を使用するための装
    置。
  9. 【請求項9】 熱伝導率が高い材料(19)で放射源
    (1)を外装することを特徴とする、前記請求項5〜8
    のいずれか1つに記載された加熱方法を使用するための
    装置。
  10. 【請求項10】 放射源(1)を抵抗フィラメント
    (2)で形成し、スパイラル状に巻くか、コイル状に巻
    くか、ストリップ(3)の場合にはコンセルチーナ状に
    折り畳み、特に、タングステン、ニッケル、クロム、
    鉄、アルミニウムをベースとしたフィラメントから選択
    することを特徴とする、前記請求項5〜9のいずれか1
    つに記載された加熱方法を使用するための装置。
  11. 【請求項11】 複数の脚部(17)を利用するか、ま
    たは耐火層(14、15)内に部分的に埋め込むこと
    で、放射源(1)をリフレクター(12)に固定するこ
    とを特徴とする、前記請求項5〜10のいずれか1つに
    記載された加熱方法を使用するための装置。
  12. 【請求項12】 特に、ニッケル、銀、銅をベースとす
    る合金のように、反射係数が高い金属薄膜(16)を気
    化によって蒸着することで、内部域、外部域、または埋
    め込み部の反射能を高め、さらに前記合金は熱伝導性が
    非常に低いものの、反射係数が優れ、できるだけ融点が
    高いものであることを特徴とする、前記請求項5〜11
    のいずれか1つに記載された加熱方法を使用するための
    装置。
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