JPWO2013129474A1

JPWO2013129474A1 - 溶着装置

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Publication number: JPWO2013129474A1
Application number: JP2014502310A
Authority: JP
Inventors: 歩織田; 義治松井; 正孝三徳
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Current assignee: Flowell Corp
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Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2015-07-30
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Abstract

ヒーターのみならず溶着ヘッド、さらには装置全体の軽量化や小型化が可能となり、簡易な構成でもって溶着効率も高めることができ、コストも大幅に低減することができる溶着装置である。継手（１）とチューブ（２）の接合部（３）を周回する状態に保持する溶着ヘッド（１１）は、開閉可能な複数のクランパ（２０）を有し、各クランパ（２０）の内周側に沿って設けられたヒーター（３０）は、面状発熱体（３１）の表裏にシート状の絶縁性素材（３２）を重ね合わせ、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成り、各クランパ（２０）が閉位置にある時に、ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置される。

Description

本発明は、加熱溶着性の継手の管端部と加熱溶着性のチューブの端部とを互いに接合させた状態で、該接合部の外周側より加熱して溶着させる溶着装置に関する。

従来、加熱溶着性のある樹脂チューブ等の溶着装置としては、例えば本件出願人が既に提案している２つの溶着装置が知られている（特許文献１、２参照）。何れの装置も、溶着しようとする樹脂チューブ同士の接合部を両側から挟んで加熱するための溶着ヘッドを備えている。この溶着ヘッドは、樹脂チューブ同士の接合部を固定するための一対のクランパと、該一対のクランパの収容凹部に収容された一対の熱伝導用部材および一対のヒーターとを有していた。

一対のクランパは、互いに開いた開位置と閉じた閉位置とに揺動可能であり、開位置にある時に樹脂チューブ同士の接合部を一方のクランパの所定の位置に載置して、他方のクランパを閉位置まで揺動させて樹脂チューブを挟むことにより、固定することができる。この後、ヒーターで接合部を加熱することにより、接合部を溶かして溶着することができる。

ここでヒーターは、板状の抵抗発熱材によって熱伝導用部材に沿うように形成されており、熱伝導用部材を介して接合部を加熱するように配されていた。より詳しくは、板状の抵抗発熱材として、例えば０．２ｍｍの板厚のニクロム板等が用いられており、その抵抗値は０．１Ω以下の小さいものであった。また、熱伝導用部材としては、例えば熱伝導性のセラミック材により半円筒形に形成されたものが用いられていた。

特許第４１０９５４０号公報特開２００８−６９８８０号公報

しかしながら、前述したような従来の技術では、何れもヒーターの具体的構成としてニクロム板等の抵抗発熱材を用いており、ヒーター自体の小型化は実現できても抵抗値が非常に小さいため、大電流が必要であった。このため、大電流を供給できる溶着ヘッド、治具電源、それに電源ケーブル等が必要となることから、装置全体の軽量化やコンパクト設計、それにコストを低減する際の支障になるという問題があり、さらなる改良が望まれていた。

本発明は、前述したような従来の技術が有する問題点に着目してなされたものであり、ヒーターに一般的に抵抗値の大きな面状発熱体を用いることを前提とし、これに基づく改良を施すことにより、ヒーターのみならず溶着ヘッド、さらには装置全体の軽量化や小型化が可能となり、簡易な構成でもって溶着効率も高めることができ、コストも大幅に低減することができる溶着装置を提供することを目的としている。

前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。
［１］加熱溶着性の継手（１）の管端部と加熱溶着性のチューブ（２）の端部とを互いに接合させた状態で、該接合部（３）の外周側より加熱して溶着させる溶着装置（１０）において、
前記接合部（３）を周回する状態に保持可能であり、該接合部（３）を外周側より加熱するための溶着ヘッド（１１）を備え、
前記溶着ヘッド（１１）は、前記接合部（３）を周回する周方向に分割された複数のクランパ（２０）と、各クランパ（２０）の内周側に沿って設けられた複数のヒーター（３０）とを有し、
前記各クランパ（２０）は、前記接合部（３）を周回するように閉じた閉位置と、前記接合部（３）より離脱するように開いた開位置とに変位可能に連結され、
前記各ヒーター（３０）は、面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成り、
前記各クランパ（２０）が閉位置にある時に、前記各ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置されることを特徴とする溶着装置（１０）。

［２］前記各ヒーター（３０）を、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材（３５）にそれぞれ支持し、該フレーム部材（３５）を介して前記各クランパ（２０）に取り付けたことを特徴とする［１］に記載の溶着装置（１０）。

［３］前記各クランパ（２０）のうち、前記チューブ（２）に対して直接係合する部位を弾性素材で形成したことを特徴とする［１］または［２］に記載の溶着装置（１０）。

［４］前記各クランパ（２０）のうち、一のクランパ（２０）に送気入口（２４）を設けると共に、他のクランパ（２０）に送気出口（２５）を設け、
前記接合部（３）の溶着が終了した後に、前記送気入口（２４）から内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口（２５）から外部に排気させることにより、前記接合部（３）および各ヒーター（３０）を冷却することを特徴とする［１］，［２］または［３］に記載の溶着装置（１０）。

次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
前記［１］に記載の溶着装置（１０）によって、継手（１）の管端部とチューブ（２）の端部との互いの接合部（３）を溶着する時は、先ず、開位置にある各クランパ（２０）の間に接合部（３）を配置する。次に、各クランパ（２０）を開位置から閉位置に変位させて、接合部（３）を周回する状態に保持してから、各クランパ（２０）の内周側にある各ヒーター（３０）をそれぞれ発熱させる。

各ヒーター（３０）の発熱によって、接合部（３）は加熱されて溶着する。その後、各クランパ（２０）を閉位置から開位置に変位させて、各クランパ（２０）の間から接合部（３）を取り出す。このように、各クランパ（２０）を閉位置と開位置とに変位させることで、接合部（３）を簡単に保持ないし離脱させることができる。ここで各クランパ（２０）や各ヒーター（３０）は、円周方向に２分割された一対である必要はなく、例えば３分割あるいは４分割するように構成しても良い。

各ヒーター（３０）は、面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成る。ここで面状発熱体（３１）は、従来のニクロム板等の抵抗発熱材と比べて厚さが薄いだけでなく、その特性の一つとして抵抗値が大きいため、比較的低電流でも充分に発熱させることができる。よって、溶着ヘッド（１１）、治具電源、それに電源ケーブル等も、簡易化することが可能となる。

しかも、面状発熱体（３１）は、シート状の絶縁性素材（３２）で表裏が覆われることになるから、ヒーター（３０）同士が互いに近接する場合でも、これらの間に絶縁体を介在させる必要がない。また、金属薄板（３３）により固定されることにより、その可塑性によって前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲した形に保つことができる。また、金属薄板（３３）が熱伝導用部材の代わりになるだけでなく、ヒーター（３０）自体の耐久性や剛性も高めることができ、さらに、離型性素材（３４）をコーティングするための被処理面として活用することもできる。

各クランパ（２０）が閉位置にある時に、各ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置される。このような配置は、前述したようにヒーター（３０）自体に絶縁性素材（３２）より絶縁性を担保し、さらに金属薄板（３３）によって耐久性等を備えさせたことにより可能となる。かかる配置により、いっそう発熱効率を高めることができ、前記接合部（３）を全周方向に亘り均一にムラなく溶着することが可能となる。

前記［２］に記載の溶着装置（１０）によれば、各ヒーター（３０）を、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材（３５）にそれぞれ支持し、該フレーム部材（３５）を介して溶着ヘッド（１１）の各クランパ（２０）に取り付ける。このようにヒーター（３０）をフレーム部材（３５）に支持することで、ヒーター（３０）自体の湾曲した形状をいっそう強固に維持することができる。ここでフレーム部材（３５）は、加工の容易性やコスト的には金属材による加工が適する。なお、フレーム部材（３５）に対するヒーター（３０）の支持は、熱損失を避ける観点より接触面積ができるだけ小さくなるように点接触による構造が好ましい。

前記［３］に記載の溶着装置（１０）によれば、各クランパ（２０）のうち、前記チューブ（２）に対して直接係合する部位を弾性素材で形成する。これにより、特に柔軟性のあるチューブ（２）に直接係合する部位にクッション性が担保され、チューブ（２）の変形を抑制することができ、また摩擦係数も高まり位置ずれを防止することもできる。

前記［４］に記載の溶着装置（１０）によれば、各クランパ（２０）のうち、一のクランパ（２０）に送気入口（２４）を設けると共に、他のクランパ（２０）に送気出口（２５）を設ける。そして、前記接合部（３）の溶着が終了した後に、前記送気入口（２４）から内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口（２５）から外部に排気させることにより、一連の空気の流れによりヒーター（３０）を迅速に冷却することができ、接合部（３）も冷却される。

本発明に係る溶着装置によれば、ヒーターに一般的に抵抗値の大きな面状発熱体を用いることを前提とし、これに基づく改良を施すことにより、ヒーターのみならず溶着ヘッド、さらには装置全体の軽量化や小型化が可能となり、簡易な構成でもって溶着効率も高めることができ、コストも大幅に低減することができる。

本発明の実施の形態に係る溶着装置のクランパが開位置にあり、継手およびチューブの接合部が載置された状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のクランパが閉位置にあり、継手およびチューブの接合部が保持された状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のクランパが開位置にある状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のクランパが開位置にある状態を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のクランパが開位置にある状態を一部切り欠いて示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のクランパが開位置にある状態を一部切り欠いて示す正面図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のヒーターをフレーム部材に支持した状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のヒーターをフレーム部材に支持した状態を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のヒーターを一部切り欠いて示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置のヒーターを湾曲させた状態を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。本発明の実施の形態に係る溶着装置により溶着する継手およびチューブの接合部を拡大して示す正面図である。

以下、図面に基づき、本発明を代表する各種実施の形態を説明する。
図１〜図１０は、本発明の実施の形態を示している。
本実施の形態に係る溶着装置１０は、加熱溶着性の継手１の管端部と加熱溶着性のチューブ２の端部とを互いに接合させた状態で、該接合部３の外周側より加熱して溶着させる装置である。以下、加熱溶着性の材質としてフッ素樹脂材を用いた場合を例に説明する。

継手１およびチューブ２は、例えば半導体チップ製造現場等におけるクリーンルーム内で用いる純水等の洗浄液、その他一般薬液等の流管路を構成するものである。継手１は、円筒状の部材であり、その外周には２本の位置決め突出部１ａ，１ｂが並行に形成されている。各位置決め突出部１ａ，１ｂは、溶着の際に後述するクランパ２０と嵌合して位置決めされるものである。また、チューブ２は、その内部が空洞の円筒管である。

図１１に拡大して示すように、前記接合部３は、チューブ２の端部を継手１の管端部に嵌合し、さらに耐熱筒体であるハウジング４を外嵌している。このハウジング４は、継手１やチューブ２よりも融点の高い樹脂の成形品であり、溶着時に形状が崩れることを防止する。継手１の各位置決め突出部１ａ，１ｂは、接合部３の近傍に並ぶように形成されている。継手１およびチューブ２は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂材によって形成されている。また、ハウジング４は、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂材によって形成されている。

図１、図２に示すように、溶着装置１０は、前記接合部３を周回する状態に保持可能であり、該接合部３を外周側より加熱するための溶着ヘッド１１を備えている。溶着ヘッド１１は、前記接合部３を周回する周方向に分割された複数のクランパ２０と、各クランパ２０の内周側に沿って設けられた複数のヒーター３０とを有している。複数のクランパ２０とヒーター３０は、本実施の形態では一対ずつ設けられている。

図３〜図６に示すように、各クランパ２０は、前記接合部３を周回するように閉じた閉位置と、前記接合部３より離脱するように開いた開位置とに変位可能に連結されている。詳しく言えば、一対のクランパ２０は、前記接合部３を両側から挟むようにした閉位置と、互いの間隔を広げた開位置とに揺動可能に一端部同士が連結されている。このように、各クランパ２０は図示省略したが、その一端部同士は蝶番等により互いに揺動可能に連結され、他端部には互いに閉位置に拘束可能な汎用の止め金具等が設けられている。

各クランパ２０は、それぞれ金属材（例えばステンレス等）により半円弧形のケース状に形成されている。さらに詳しく言えばクランパ２０は、半円弧形の前後の側壁２１と外周壁２２とを備え、その内周側は開口しており、内部がヒーター３０を収容するための収容凹部２３となっている。図２に示すように、各クランパ２０は、それぞれ閉位置にある時に互いに連通すると共に各クランパ２０の外部に対しては密閉される構造となっている。一のクランパ２０には送気入口２４が設けられており、他のクランパ２０には送気出口２５が設けられている。前記接合部３の溶着が終了した後に、前記送気入口２４から各クランパ２０の内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口２５から外部に排気させる。

各クランパ２０の前後の側壁２１において、それぞれ半円弧形の内周側の開口端縁が前記チューブ２ないし接合部３に直接係合して挟持する部位となる。このうち一方の開口端縁は、各クランパ２０が閉位置にある時にチューブ２に対して直接係合する部位であり、当該部位は弾性素材で形成されている。詳しくは、内周側の開口端縁に沿って溝状断面の取付レール２６が半円弧形に延びるように設けられており、この取付レール２６の溝内に弾性素材からなるチューブ材２７が、その外周の一部が外側に出っ張り、チューブ２に当接する状態に嵌め込まれている。チューブ材２７は、具体的には例えばシリコン製のチューブ材を採用すれば良い。

また、他方の開口端縁は、各クランパ２０が閉位置にある時に接合部３に対して直接係合する部位であり、当該部位には継手保持部２８が設けられている。継手保持部２８は、他方の開口端縁に沿って、前記継手１の各位置決め突出部１ａ，１ｂ間の凹部に嵌まるよう突出したフランジとして形成されている。この継手保持部２８に保持された継手１は、クランパ２０から抜ける方向に力が加わっても位置ずれすることがなく、確実に保持された状態が維持される。なお、各位置決め突出部１ａ，１ｂは、接合部３と隣接する位置に設けられている。

図９、図１０に示すように、ヒーター３０は、面状発熱体３１の表裏をシート状の絶縁性素材３２で被覆し、これを金属薄板３３に固定し前記クランパ２０の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成る。ここで面状発熱体３１は、電気を流して発熱させる薄いフィルム状の発熱体であり、その構成は一般的であるので詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る面状発熱体３１は、細幅なテープ状に形成されており、そのほぼ全域に回路が施されて均一な発熱分布を得るように設計されている。このような面状発熱体３１は、非常に薄くて柔らかいだけでなく、電気特性として抵抗値が大きい。例えば具体的には、同等の装置に使用する従来のニクロム板の場合、その抵抗値は０．１Ω以下、電流は数十Ａ前後であるのに比べて、面状発熱体３１の場合は、抵抗値は数Ω程度、電流は数Ａ程度である。このような面状発熱体３１でヒーター３０を製作することにより、小電流化、結果として省電力化が可能となり、収納するクランパ２０の小型化が可能となった。

面状発熱体３１の表裏を被覆するシート状の絶縁性素材３２は、絶縁性を備えたシート状の素材であれば何でも良いが、具体的には例えば、フレキシブルマイカシートと称されるものが適している。これは、高温抵抗力がある有機性ケイ素の樹脂にマイカ（雲母）を浸透させて成るモールド可能な複合材である。絶縁性素材３２により面状発熱体３１の両端の電極部分以外の全域を表裏から被覆することになる。さらに、これを金属薄板３３に固定して、前記クランパ２０の内周面に沿った円弧状に湾曲させる。なお、本実施の形態では、面状発熱体３１を絶縁性素材３２で被覆したものを表裏から金属薄板３３により挟持しているが、この構成に限定されることなく、片面だけに沿うように金属薄板３３を固定しても良い。

金属薄板３３としては、例えばニクロム、ステンレスを始めとして、同等の加工性、耐熱性を持った素材を使用すると良い。金属薄板３３の可塑性によりヒーター３０全体を所望の形状に曲げ加工することができる。具体的には図１０に示すように、ヒーター３０は半円弧形に曲げ加工されている。また、ヒーター３０の両端部３０ａは、それぞれ同一面上に折り曲げられており、一対のヒーター３０同士が互いに対接するようにフランジ状に形成されている。図示省略したが両端部３０ａには、それぞれヒーター線が接続されている。各ヒーター３０は、ヒーター線を介して電源部に配線されており、加熱制御が可能となっている。

また、図７、図８に示すように、ヒーター３０は、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材３５に支持され、該フレーム部材３５を介して前記クランパ２０の収容凹部２３に取り付けられている。ここで各クランパ２０が閉位置にある時に、一対のヒーター３０は、それぞれ両端部３０ａが上下に互いに当接し、前記接合部３の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置されている。このような配置は、ヒーター３０の面状発熱体３１が絶縁性素材３２によって絶縁されているために可能となる。

詳しく言えばフレーム部材３５は、ヒーター３０の金属薄板３３による形状保持に加えて、さらにヒーター３０の形状が変形することを防止するための構造である。フレーム部材３５は、金属材をヒーター３０の半円弧形状に合致するように加工した溝状断面の部材であり、その内周側が開口しており、該開口の内側に沿ってヒーター３０を浮いた形で支持している。すなわち、ヒーター３０は、フレーム部材３５に対して極力接触しないように、局所的に突設された取付片３３ａにより支持されている。これにより、ヒーター３０の両側縁とフレーム部材３５の開口側縁との間にはヒーター冷却用の隙間が生じている。

また、フレーム部材３５の両端部３５ａは、ヒーター３０の両端部３０ａと同様にフランジ状に形成されている。この両端部３５ａには、前記クランパ２０の収容凹部２３の内壁にある固定座２９に対してネジ止めする取付片３５ｂが設けられている。なお、フレーム部材３５は、金属材に限らず剛性を保てる強度があり高温抵抗力がある樹脂材によって成形しても良い。また、取付片３３ａは、ヒーター３０の金属薄板３３側ではなく、フレーム部材３５側に設けても良い。

以上のように構成された溶着ヘッド１１は、前記各ヒーター３０から延びたヒーター線が接続される電源部（図示せず）と組み合わされて、溶着装置１０を構成する。ここで溶着ヘッド１１の各クランパ２０には、前記ヒーター３０の他に図示省略したが温度センサが組み込まれている。

ここで温度センサに関しては、従来の装置ではシース型熱電対をニクロム板に接触するように構成していたが、本実施の形態では、熱電対をヒーター３０の金属薄板３３あるいはフレーム部材３５に直接溶接すれば良い。このような温度センサの取り付けは、金属薄板３３が面状発熱体３１とは絶縁性素材３２によって絶縁されているために可能となる。かかる温度センサの構成によれば、コスト削減と正確な温度の測定が可能となる。なお、クランパ２０の材質は、従来のようなベーク材ではなく金属材（例えばステンレス）を採用したことで、経年劣化（加熱による歪み）を抑制することができる。

また、前述したように、ヒーター３０を面状発熱体３１により製作したことにより、ヒーター３０自体の構造による溶着ヘッド１１の小型化だけでなく、ヒーター３０の抵抗値が大きいという特性に基づいて小電流での溶着が可能となる。これにより、大径のケーブルを廃して細いヒーター線での接続が可能となり、電源およびこれを収納する前記電源部の小型化も実現することができる。特に、溶着ヘッド１１（クランパ２０）に関しては、主にヒーター３０を収納するだけの構造で済み、図示したリング状の形状として、その径方向の厚さを極力抑えることができる。

次に、本実施の形態に係る溶着装置１０の作用について説明する。
図１に示すように、溶着装置１０によって、継手１の管端部とチューブ２の端部との接合部３を溶着する時は、各クランパ２０を開いて開位置とし、開位置にある各クランパ２０の間に接合部３を配置する。この時、一方のクランパ２０（図１中の下側）の継手保持部２８が、継手１の各位置決め突出部１ａ，１ｂ間の凹部に嵌まるように配置すれば良い。

他方のクランパ２０（図中の上側）を閉位置まで揺動させると、このクランパ２０の継手保持部２８も、継手１の上半部における各位置決め突出部１ａ，１ｂ間の凹部に嵌まる。これにより、接合部３を一対のクランパ２０によって上下から挟むことになり、接合部３を周回する状態に保持することができる。この時、接合部３の近傍のチューブ２に対しては、各クランパ２０の内周側の開口端縁にあるチューブ材２７が弾発的に当接するため、チューブ２の変形を抑制することができる。

このように、各クランパ２０が閉位置にある時、一対のヒーター３０は、それぞれ両端部３０ａが上下に当接し、前記接合部３の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置される。かかる配置は、ヒーター３０の面状発熱体３１が絶縁性素材３２によって絶縁されており、また金属薄板３３によって耐久性等を備えさせたことにより可能となる。これにより、発熱効率を高めることができ、接合部３を全周方向に亘り均一にムラなく溶着することが可能となる。

電源部にあるスタートスイッチ（図示せず）の操作により、各ヒーター３０は通電して発熱する。ここで各ヒーター３０に対して同一量の電力を供給すると、各ヒーター３０は同一形状で同一抵抗であるため、各ヒーター３０から発生する熱量も同じとなる。前述したように、各ヒーター３０の両端部３０ａは互いに当接するため、従来の装置のように、各ヒーターの両端間に絶縁体を介在させて、この部分の温度が局所的に低下することもない。よって、接合部３を全周方向から均一に加熱することができ、接合部３の良好な溶着結果を得ることができる。

図９に示すように、各ヒーター３０は、面状発熱体３１の表裏をシート状の絶縁性素材３２で被覆し、これを表裏から金属薄板３３により固定しクランパ２０の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成る。面状発熱体３１は、従来のニクロム板等の抵抗発熱材と比べて厚さが薄いだけでなく、その特性の一つとして抵抗値が大きいため、比較的低電流でも充分に発熱させることができる。よって、溶着ヘッド１１、電源部、それに電源ケーブル等も、簡易化することが可能となる。

しかも、面状発熱体３１は、シート状の絶縁性素材３２で表裏が覆われることになるから、ヒーター３０同士が互いに近接する場合でも、前述したように絶縁体を介在させる必要がない。また、金属薄板３３に固定されることにより、金属の可塑性によってクランパ２０の内周面に沿った円弧状に湾曲した形に保つことができる。また、金属薄板３３が熱伝導用部材の代わりとなるだけでなく、ヒーター３０自体の耐久性や剛性も高めることができる。

また、各ヒーター３０の内周側となる金属薄板３３の表面に離型性素材３４を積層する。これにより、従来のようにセラミックを加工した熱伝導用部材を離型のために別途用意する必要はない。また、面状発熱体３１の表裏を覆う絶縁性素材３２に対しては、材質的にセラミックの溶射等による離型性素材の積層は難しいが、被処理面が金属薄板３３であれば、前述したように難なく離型性素材をコーティングすることができる。

さらに、別体である従来の熱伝導用部材の場合、セラミックの加工品であるために強度的に厚く成形する必要があり、その分熱伝導が損なわれるおそれがあった。一方、本実施の形態のように離型性素材３４の積層であれば、熱伝導が損なわれるおそれもなく、離型性を担保しながらも、面状発熱体３１からの発熱を効率良く伝えることができる。なお、離型性素材３４の積層は、もちろんセラミックの溶射に限られることはない。

図７に示すように、各ヒーター３０は、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材３５にそれぞれ支持され、該フレーム部材３５を介して各クランパ２０に取り付けられている。このようにヒーター３０をフレーム部材３５に支持することで、ヒーター３０自体の湾曲した形状をいっそう強固に維持することができる。

ヒーター３０は、その取付片３３ａによりフレーム部材３５の開口内側に浮いた形で支持され、また、フレーム部材３５も、その両端部３５ａによりクランパ２０に対して接触面積ができるだけ小さくなるように取り付けられている。これにより、ヒーター３０の両側縁とフレーム部材３５の開口側縁との間にはヒーター冷却用の隙間が生じ、さらに、フレーム部材３５とクランパ２０との間にも大きな隙間が生じる。このため、ヒーター３０の発熱時に、前記各隙間が断熱層の役割を果たすことになり、ヒーター３０の熱がクランパ２０に伝わり難くなり、熱損失も防ぐことができる。

また、各ヒーター３０は、ヒーター線を介して電源部に接続されており、加熱制御が可能である。これにより、溶着対象である接合部３の具体的な材質や形状等に応じて、各ヒーター３０をオン／オフと切り換えたり電流調整等により、最適な発熱状態を容易に実現することができる。さらに、各ヒーター３０の発熱温度のバラツキを調整するには、ヒーター３０ないしフレーム部材３５の固定位置を調整する他、ヒーター３０ごとに直列に抵抗素子を挿入することにより、それぞれの発熱温度を微調整することも可能となる。

各クランパ２０は、それぞれ閉位置にある時に互いに連通すると共に各クランパ２０の外部に対しては密閉される構造であり、一のクランパ２０には送気入口２４が設けられており、他のクランパ２０には送気出口２５が設けられている。前記接合部３の溶着が終了した後に、前記送気入口２４から各クランパ２０の内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口２５から外部に排気させることにより、一連の空気の流れによりヒーター３０を迅速に冷却することができ、接合部３も冷却される。

そして、各ヒーター３０を冷却した後に、一対のクランパ２０を閉位置から開位置まで揺動させて、各ヒーター３０間の間隔を広げるようにすると、その間から接合部３を取り出すことができる。このように、各クランパ２０を互いに揺動させることにより、継手１とチューブ２の接合部３を簡単に挟んでずれないように容易に固定することができ、また、継手１等を簡単に取り出すことができる。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、継手１やチューブ２の材質は、加熱溶着性の材質として合成樹脂を用いた場合について説明したが、金属製の継手やチューブにも適用することも可能である。

また、継手１に溶着するチューブ２は、チューブの代わりに継手であっても良い。この場合、加熱溶着性の樹脂継手同士を溶着することになる。さらに、複数のクランパ２０とヒーター３０は、本実施の形態では円周方向に２分割された一対ずつを設けたが、必ずしも一対に揃える必要はなく、例えば、円周方向に３分割あるいは４分割するように構成しても良い。

本発明に係る溶着装置は、半導体チップ製造現場等におけるクリーンルーム内で用いる純水等の洗浄液、その他一般薬液等の流管路を構成する継手およびチューブを溶着するための装置として広く適用することができる。

１…継手
２…チューブ
３…接合部
４…ハウジング
１０…溶着装置
１１…溶着ヘッド
２０…クランパ
２１…側壁
２２…外周壁
２３…収容凹部
２４…送気入口
２５…送気出口
２６…取付レール
２７…チューブ材
２８…継手保持部
２９…固定座
３０…ヒーター
３１…面状発熱体
３２…絶縁性素材
３３…金属薄板
３３ａ…取付片
３４…離型性素材
３５…フレーム部材
３５ａ…両端部
３５ｂ…取付片

【０００３】
位置と、前記接合部（３）より離脱するように開いた開位置とに変位可能に連結され、
前記各ヒーター（３０）は、フィルム状の面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成り、
前記各クランパ（２０）が閉位置にある時に、前記各ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置されることを特徴とする溶着装置（１０）。
［０００９］
［２］前記各ヒーター（３０）を、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材（３５）にそれぞれ支持し、該フレーム部材（３５）を介して前記各クランパ（２０）に取り付けたことを特徴とする［１］に記載の溶着装置（１０）。
［００１０］
［３］前記各クランパ（２０）のうち、前記チューブ（２）に対して直接係合する部位を弾性素材で形成したことを特徴とする［１］または［２］に記載の溶着装置（１０）。
［００１１］
［４］前記各クランパ（２０）のうち、一のクランパ（２０）に送気入口（２４）を設けると共に、他のクランパ（２０）に送気出口（２５）を設け、
前記接合部（３）の溶着が終了した後に、前記送気入口（２４）から内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口（２５）から外部に排気させることにより、前記接合部（３）および各ヒーター（３０）を冷却することを特徴とする［１］，［２］または［３］に記載の溶着装置（１０）。
［００１２］
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
前記［１］に記載の溶着装置（１０）によって、継手（１）の管端部とチューブ（２）の端部との互いの接合部（３）を溶着する時は、先ず、開位置にある各クランパ（２０）の間に接合部（３）を配置する。次に、各クランパ（２０）を開位置から閉位置に変位させて、接合部（３）を周回する状態

【０００４】
に保持してから、各クランパ（２０）の内周側にある各ヒーター（３０）をそれぞれ発熱させる。
［００１３］
各ヒーター（３０）の発熱によって、接合部（３）は加熱されて溶着する。その後、各クランパ（２０）を閉位置から開位置に変位させて、各クランパ（２０）の間から接合部（３）を取り出す。このように、各クランパ（２０）を閉位置と開位置とに変位させることで、接合部（３）を簡単に保持ないし離脱させることができる。ここで各クランパ（２０）や各ヒーター（３０）は、円周方向に２分割された一対である必要はなく、例えば３分割あるいは４分割するように構成しても良い。
［００１４］
各ヒーター（３０）は、面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成る。ここでフィルム状の面状発熱体（３１）は、従来のニクロム板等の抵抗発熱材と比べて厚さが薄いだけでなく、その特性の一つとして抵抗値が大きいため、比較的低電流でも充分に発熱させることができる。よって、溶着ヘッド（１１）、治具電源、それに電源ケーブル等も、簡易化することが可能となる。
［００１５］
しかも、面状発熱体（３１）は、シート状の絶縁性素材（３２）で表裏が覆われることになるから、ヒーター（３０）同士が互いに近接する場合でも、これらの間に絶縁体を介在させる必要がない。また、金属薄板（３３）により固定されることにより、その可塑性によって前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲した形に保つことができる。また、金属薄板（３３）が熱伝導用部材の代わりになるだけでなく、ヒーター（３０）自体の耐久性や剛性も高めることができ、さらに、離型性素材（３４）をコーティングするための被処理面として活用することもできる。
［００１６］
各クランパ（２０）が閉位置にある時に、各ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置される。このような配置は、前述したようにヒーター（３０）自体に絶縁性素材（３２）より絶縁

前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項の発明に存する。
［１］加熱溶着性の継手（１）の管端部と加熱溶着性のチューブ（２）の端部とを互いに接合させた状態で、該接合部（３）の外周側より加熱して溶着させる溶着装置（１０）において、
前記接合部（３）を周回する状態に保持可能であり、該接合部（３）を外周側より加熱するための溶着ヘッド（１１）を備え、
前記溶着ヘッド（１１）は、前記接合部（３）を周回する周方向に分割された複数のクランパ（２０）と、各クランパ（２０）の内周側に沿って設けられた複数のヒーター（３０）とを有し、
前記各クランパ（２０）は、前記接合部（３）を周回するように閉じた閉位置と、前記接合部（３）より離脱するように開いた開位置とに変位可能に連結され、
前記各ヒーター（３０）は、ニクロム板と比して抵抗値が大きくて低電流で発熱可能なフィルム状の面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成り、
前記各クランパ（２０）が閉位置にある時に、前記各ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置されることを特徴とする溶着装置（１０）。
［２］前記ヒーター（３０）は、細幅なテープ状に形成され、その全域に回路が施され
た形態を有することを特徴とする［１］に記載の溶着装置（１０）。

［３］前記各ヒーター（３０）を、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材（３５）にそれぞれ支持し、該フレーム部材（３５）を介して前記各クランパ（２０）に取り付けたことを特徴とする［１］または［２］に記載の溶着装置（１０）。
［４］前記フレーム部材（３５）は、前記各ヒーター（３０）との間及び前記各クランパ（２０）との間にそれぞれ隙間を生じるように配置されていることを特徴とする［３］に記載の溶着装置（１０）。
［５］前記金属薄板（３３）の表面に離型性素材を積層していることを特徴とする［１］から［４］のいずれか一項に記載の溶着装置（１０）。

［６］前記各クランパ（２０）のうち、前記チューブ（２）に対して直接係合する部位を弾性素材で形成したことを特徴とする［１］から［５］のいずれか一項に記載の溶着装置（１０）。

［７］前記各クランパ（２０）のうち、一のクランパ（２０）に送気入口（２４）を設けると共に、他のクランパ（２０）に送気出口（２５）を設け、
前記接合部（３）の溶着が終了した後に、前記送気入口（２４）から内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口（２５）から外部に排気させることにより、前記接合部（３）および各ヒーター（３０）を冷却することを特徴とする［１］から［６］のいずれか一項に記載の溶着装置（１０）。

各ヒーター（３０）は、ニクロム板と比して抵抗値が大きくて低電流で発熱可能なフィルム状の面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成る。ここでフィルム状の面状発熱体（３１）は、従来のニクロム板等の抵抗発熱材と比べて厚さが薄いだけでなく、その特性の一つとして抵抗値が大きいため、比較的低電流でも充分に発熱させることができる。よって、溶着ヘッド（１１）、治具電源、それに電源ケーブル等も、簡易化することが可能となる。
また、前記ヒーター（３０）は、前記［２］に記載したように、細幅なテープ状に形成し、その全域に回路が施された形態を有すると良い。

前記［３］に記載の溶着装置（１０）によれば、各ヒーター（３０）を、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材（３５）にそれぞれ支持し、該フレーム部材（３５）を介して溶着ヘッド（１１）の各クランパ（２０）に取り付ける。このようにヒーター（３０）をフレーム部材（３５）に支持することで、ヒーター（３０）自体の湾曲した形状をいっそう強固に維持することができる。ここでフレーム部材（３５）は、加工の容易性やコスト的には金属材による加工が適する。なお、フレーム部材（３５）に対するヒーター（３０）の支持は、熱損失を避ける観点より接触面積ができるだけ小さくなるように点接触による構造が好ましい。
ここで前記フレーム部材（３５）は、前記［４］に記載したように、前記各ヒーター（３０）との間及び前記各クランパ（２０）との間にそれぞれ隙間を生じるように配置すると良い。
さらに、前記金属薄板（３３）の表面には、前記［５］に記載したように、離型性素材を積層すると良い。

前記［６］に記載の溶着装置（１０）によれば、各クランパ（２０）のうち、前記チューブ（２）に対して直接係合する部位を弾性素材で形成する。これにより、特に柔軟性のあるチューブ（２）に直接係合する部位にクッション性が担保され、チューブ（２）の変形を抑制することができ、また摩擦係数も高まり位置ずれを防止することもできる。

前記［７］に記載の溶着装置（１０）によれば、各クランパ（２０）のうち、一のクランパ（２０）に送気入口（２４）を設けると共に、他のクランパ（２０）に送気出口（２５）を設ける。そして、前記接合部（３）の溶着が終了した後に、前記送気入口（２４）から内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口（２５）から外部に排気させることにより、一連の空気の流れによりヒーター（３０）を迅速に冷却することができ、接合部（３）も冷却される。

Claims

加熱溶着性の継手（１）の管端部と加熱溶着性のチューブ（２）の端部とを互いに接合させた状態で、該接合部（３）の外周側より加熱して溶着させる溶着装置（１０）において、
前記接合部（３）を周回する状態に保持可能であり、該接合部（３）を外周側より加熱するための溶着ヘッド（１１）を備え、
前記溶着ヘッド（１１）は、前記接合部（３）を周回する周方向に分割された複数のクランパ（２０）と、各クランパ（２０）の内周側に沿って設けられた複数のヒーター（３０）とを有し、
前記各クランパ（２０）は、前記接合部（３）を周回するように閉じた閉位置と、前記接合部（３）より離脱するように開いた開位置とに変位可能に連結され、
前記各ヒーター（３０）は、面状発熱体（３１）の表裏をシート状の絶縁性素材（３２）で被覆し、これを金属薄板（３３）に固定して前記クランパ（２０）の内周面に沿った円弧状に湾曲させて成り、
前記各クランパ（２０）が閉位置にある時に、前記各ヒーター（３０）は、それぞれ両端部（３０ａ）が隣り合う同士で互いに当接し、前記接合部（３）の外周を全周方向に隙間なく連続して取り囲むように配置されることを特徴とする溶着装置（１０）。
前記各ヒーター（３０）を、その外周側に沿う円弧状に湾曲させた形状のフレーム部材（３５）にそれぞれ支持し、該フレーム部材（３５）を介して前記各クランパ（２０）に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の溶着装置（１０）。
前記各クランパ（２０）のうち、前記チューブ（２）に対して直接係合する部位を弾性素材で形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の溶着装置（１０）。
前記各クランパ（２０）のうち、一のクランパ（２０）に送気入口（２４）を設けると共に、他のクランパ（２０）に送気出口（２５）を設け、
前記接合部（３）の溶着が終了した後に、前記送気入口（２４）から内部に強制的に空気を導入すると共に、前記送気出口（２５）から外部に排気させることにより、前記接合部（３）および各ヒーター（３０）を冷却することを特徴とする請求項１，２または３に記載の溶着装置（１０）。