JPH0651215B2 - 低密度熱可塑性体を溶着する方法 - Google Patents

低密度熱可塑性体を溶着する方法

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JPH0651215B2
JPH0651215B2 JP63027380A JP2738088A JPH0651215B2 JP H0651215 B2 JPH0651215 B2 JP H0651215B2 JP 63027380 A JP63027380 A JP 63027380A JP 2738088 A JP2738088 A JP 2738088A JP H0651215 B2 JPH0651215 B2 JP H0651215B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は低密度の低可塑性体を急速溶着する技術に関
し、特に低密度熱可塑性材の間にもれのないほぼ目にみ
えない接合を形成する技術に関する。
〈従来の技術〉 蒸発キヤステイングプロセス(ECP)の技術の導入に
より低密度の熱可塑性部材を接着する方法に対し強い要
求がある。本文で言うECPとは、溶融金属と接触する
ときに分解・蒸発する発泡プラスチックパターンを鋳型
内に利用し、注湯された溶融金属が発泡プラスチックパ
ターンを蒸発させ、その蒸気が鋳型を形成している砂の
細孔を通して逃げることにより、溶融金属がパターンに
替わって鋳型内を充満して成形される鋳造方法である。
エンジンブロツクまたはエンジンヘツドのような大きく
かつ複雑な部材を形成するのにECP技術を用いる場合
このようなパターンの内面は実質的に一体となる小さな
パターン部を形成しなくては十分に形成されることはな
い。さらにECP技術はパターン部の間の接合がもれな
いものであることを要求する。接着されたプラスチック
組立体は水性の耐熱溶剤に浸漬され、組立体上に薄膜を
形成する。そのような溶剤がプラスチック組立体に形成
した成形用の空間に侵入すると、乾燥した耐熱溶剤がそ
の空間を塞いでしまい、鋳造工程中に溶融金属に置き換
えられることがなく、鋳造欠陥を生じる。
このようなパターン部を剛体的に接合し接合により物理
的に分離しない一体成型組立体を製造するコスト効率が
よく、技術的に優れた手段が切望されている。この目的
を達成するために初期においては溶剤接着(米国特許第
4,595,446号)及び高温度溶融接着剤(米国特
許第4,640,728号)のような化学的な技術が試
みられていた。溶剤接着は不要ガスの発生及び制御のむ
ずかしさの問題がある。高熱溶融接着は以下の欠点を有
している。最適に強力な接着を形成することができな
い。金属の鋳造において、蒸発しなければならない望ま
しくない無機物質を追加し、鋳造の寸法制御がむずかし
く成型媒体を汚染する。最終的な鋳造段階においてその
低粘度及び湯路により接合内面にそつての見ばえが悪く
なるため外見が悪くなる。
熱可塑性材の振動溶着により証明されているように(米
国特許第4,109,093号)、新たな試みが接触接
合について行なわれている。このような振動溶着技術は
厚い断面形状においてはある程度の効果はあるが、薄い
壁部の寸法制御には不十分である。
硬く高密度のプラスチツクの熱溶着は自動車用レンズや
バツテリーケースを形成する場合に実行されている。こ
のような熱溶着技術は本発明の分野以外のものである。
その理由としては高密度熱可塑性材がかなり長い時間に
わたり溶融状態を保って急速接着を妨げ、また、このよ
うな高密度プラスチツクは主として構造的な接合部を必
要とするからである。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明の目的は溶融した低密度熱可塑性部材の間にもれ
のないほぼ目にみえない接合部を形成する方法を提供す
ることである。本発明の方法は、(a)最終パターン形状
の改良された再現性のある寸法制御とともに改良された
キヤステイングクオリテイと、(b)(i)接合を行なうのに
簡単な装置を使用すること、(ii)商業ベースの接着剤を
使用しなくてよいこと、(iii)装置の保守・整備を節減
できること、及び(iv)労力が軽減できることによりパタ
ーン製造コストが低いこと、(c)(i)急速接着サイクル及
び(ii)異なる熱可塑性材の形状の迅速な切換えによりパ
ターンの製造性が改良されること、及び(b)成型砂の汚
染がないことにより特徴づけられる。
本発明によれば、低密度熱可塑性部材の間にもれのない
熱溶着接合部を形成する方法は、(a)圧縮可能な低密度
の熱可塑性部の対向する係合可能な表面の間に位置した
横方向に固定の加熱プラテンに対し前記表面を予備圧縮
してこれら表面の表層のみを流動化し、この接触を継続
し熱伝導性により流動化を促進すると共に前記係合可能
な表面の限られた所定の非溶融下層を熱硬化可能とし、
(b)前記表層が流体のままでいる時間内に、前記対向す
る表面の間から前記プラテンを最小分離状態で後退させ
つつ前記表面を十分な力で合わせて前記表層を溶け合わ
せると共に、前記下層を所定の成形形状に圧縮すること
を特徴とする。
加熱プラテンの除去後に流動性の表層が係合しなければ
ならない時間は、典型的には、多くの低密度(本文で言
う低密度とは38.4Kg/m3すなわち2.5lb/ft3
下)の熱可塑性プラスチックに対して1秒以内である。
表面下層の形成は、低密度熱可塑性プラスチックの成型
において従来までは達成出来なかった接合組立体の極め
て正確な形状を可能にする。接合内面には接合ラインが
ほとんど無く、これは通過する気体流を円滑にする点で
エンジン構成部品にとって重要である。
本発明の他の局面によれば、圧縮可能な低密度の熱可塑
性パターン部の係合可能な表面を永久固着する方法であ
って、前記パターン部が蒸発鋳造法に有効である方法
は、(a)前記係合可能な表面が互いに離れている第1の
位置と前記表面が係合する第2の位置との間において前
記パターン部を回動または線型移動させるのに有効な固
定部に前記パターン部を支持し、前記パターン部を前記
第2の位置に移動させるように前記固定部を選択的にば
ね付勢し、(b)接触する前記パターン部の表面部を流動
させる温度まで加熱された前記プラテンを、前記固定部
の間に、且つこれら固定部を介して付勢された前記熱可
塑性パターン部との接触範囲外に移動させ、(c)前記プ
ラテンと前記係合可能な表面が前面整合するとき、前記
付勢によって前記表面に前記プラテンとの横方向に固定
した接触を行わせしめ、この付勢を、流動化を望寸法深
さにほぼ等しい深さまで前記表面を流動化に先立って圧
縮するように、制限し、(d)前記プラテンを一定時間に
わたって前記表面と接触保持して前記圧縮された表面を
溶かし、(e)その直後に、前記プラテンを、移動中に前
記対向した表面と前記プラテンとの間に最小限の分離状
態を保つように前記付勢に打ち勝たせつつ、前記固定部
の間から後退させ、(f)前記プラテンが前記対向する係
合可能な表面外に移動する際に、前記流動化された表面
が流体のままでいる間に、前記付勢によって前記表面を
合わせ込み、(g)前記流動化した表面を熱硬化して溶着
させることを特徴とする。
好ましくは、パターン部の表面上に、流動化された層が
0.076−0.25mmの範囲の厚さに形成される。パ
ターン部の支持固定部は、付勢力によって共通の平面内
を互いに接近し或いは離れる直線状移動するように構成
され、また、プラテンは、対向した加熱表面を備えて、
パターン部の移動方向を横切る方向へ移動可能であるこ
とが好ましい。
好ましくは、加熱プラテンと固定部は、プラテンが前記
横切る方向へ移動しても、プラテンの加熱表面がパター
ン部の加熱すべき係合可能な表面に前面整合するに至る
まで、パターン部が最小の分離距離をあけてプラテンの
加熱表面に接触しないように協働するカム手段を備え
る。機械的止め具を用いて、溶解の前に、熱可塑性材の
圧縮を規制することが好ましい。加熱工程の完了時、前
記横切る方向におけるプラテンの後退に伴って、カム手
段はパターン部表面からのプラテン加熱表面の最小分離
距離を維持し、プラテンがパターン部表面の間から外れ
ると、パターン部表面は合わせ込まれて、規制された圧
縮を受け、溶着部を硬化させる。パターン部との加熱接
触からのプラテンの離脱と、流動化したパターン部表面
の係合との間の時間は、短くなければならない。プラテ
ン上の対向した加熱表面同士が近接し、プラテン後退時
におけるパターン部表面と加熱表面の間の分離が最小限
であっても係合状態へのパターン部表面の迅速移動が容
易であることが好ましい。
〈実施例〉 本発明の方法により接合されるパターン部は、圧縮性が
高く低密度(0.75〜2.5lb/ft3,11.55〜3
8.45Kg/m3)の熱可塑性材料を含んでいる。この熱
可塑性材料は、パターンモールド壁に熱可塑性ビードを
蒸気膨張させパターン部の形状を形成することにより通
常形成される柔軟で変形可能なタイプのものである。熱
可塑性材料はポリスチレン、ポリメチルメタクリレー
ト、またはポリカーボネートから選択することができ
る。
パターン部は表面を持ち、他のパターン部の対向する表
面に係合するようになっている(以下、パターン部の表
面をマージンと称す)。典型的には、これらの係合可能
なマージンは共通な面内に位置するが、加熱プラテンが
接近可能であるならば、共通面を外れて階段状ないし傾
斜状に配置されても良い。
本発明の方法の最も重要な特徴の一つは、限定した圧縮
力の使用により、溶解の前にパターン部の係合可能な表
面を圧縮して、(a)加熱プラテンとの隙間のない密着
を作り、(b)主として圧縮されている材料まで溶融深
さを制御することである。圧縮力はまた、パターン部表
面の熱硬化可能な下層を表面結合の最終段階で成型して
一層正確な形を達成するように、熱硬化の間にも用いら
れる。典型的には、これらの係合可能なマージンが共通
な面に含まれるが加熱プラテンがマージン外に接着され
る場合は前面から段階状または傾斜状になることもあ
る。
本発明の方法の最も重要な特徴の1つは、(a)溶融の前
に加熱プラテンに密着させ、(b)圧縮される材料の深さ
まで溶融深さを制御する前に係合マージンを圧縮する制
限された圧縮力を用いることである。また圧縮力は、マ
ージンの熱硬化層を形成する熱硬化プロセス、マージン
を最終的に接着し、正確な形状を形成するプロセスでも
使用されている。
本発明の方法の他の重要な特徴は、溶融層(溶融層は通
常0.076mm〜2.5mmであり溶融中に一部が交換さ
れる従来の厚い層とは異なる)は、熱を除去したときに
典型的には1秒以内の短い時間だけ流動性を有してい
る。従って、流動層はこの時間内に、熱硬化可能に形成
された表面下層を圧縮する制限された圧縮力により、一
体にされなければならない。好ましくは、圧縮力により
接合境界層のまわりに微細な目にみえないビードが形成
され、接合部はもれのない構造となる。
第1図及び第2図において、本発明による装置は、支持
体9に支持された一対の固定部10及び11を有してお
り、この固定部が線8にそつて横方向に制限されながら
互いに近づいたり離れたりする。支持体9は摺動用のト
ラツク9a、固定部を移動させる気体シリンダ9bと作
動ロツド9cを有している。固定部は、係合するパター
ン部12及び13を受けるキヤビテイ14及び15を有
している。キヤビテイは、それぞれのパターン部の係合
マージン16,17が所定距離20、好ましくは約1.
9mmだけ固定部の最の内側の対向する面18,19から
突出するように配設されている。固定部のそれぞれの対
のカムローラー21,22,23,24は第1図及び第
2図に示すように配置されている。それぞれのカムロー
ラーは移動線8に対して垂直な軸線25のまわりに回動
させるヨーク26により支持されており、ヨークはそれ
ぞれの固定部の側部27,28のそれぞれから突出して
いる。
加熱プラテン30はプラテン支持体31に支持されてお
り線8に直交する方向に移動し(固定部の線形方向の移
動に対し直交する)、その上部及び下部にそれぞれカム
プレート32,33を有している。カムプレートのそれ
ぞれの端部により対向するカム面34,35が形成され
カムプレートのそれぞれは、加熱プラテンの挿入、加熱
プラテンによる加熱接触及び加熱したプラテンの除去に
おいてパターン部の係合マージン16,17と加熱プラ
テンの面36,37との間のスペースを制御するように
配置されている。例えば、ローラー21がカム面34a
と接触し、ローラー22がカム面34bに接触するとマ
ージン16がプラテン面36から十分に(距離40)離
れ、マージン16は加熱されたプラテン面36に接触す
ることはないがプラテン面から最短距離(1.02mm)
離間している。同様にローラー23がカム面35aに接
触し、ローラー24がカム面35bに接触し、面37か
ら最短距離離間するようにマージン17を維持する。カ
ムプレート32,33が横方向に十分移動すると切欠3
4c,34dはローラーと整合する(第3図)。加熱プ
ラテンがマージン16,17(第3図の位置)と対向整
合すると固定部10,11は互いに協動し付勢力が固定
部に作用しカム面34bに固定部のストツパー38が当
接し、他の固定部11のストツパー39がカム面35b
に当接する(第4図)。このストツパーがカム面に当接
する前にマージンはプラテン面と整合し、熱可塑性材を
所定程度圧縮する(好ましくは0.051〜0.11m
m)。このような予備圧縮は熱可塑性材を溶融すること
を制御し、圧縮の深さに応じて溶融樹脂を薄膜状に制限
するのに重合である。予備圧縮が溶融制御としてなぜ働
くかは十分に明らかではないが、加熱接触の短期間密度
が上昇することにより予備圧縮部への熱伝導性の大部分
が制限されると考えられる。第4図に示される位置にお
いて全てのローラーが切欠カム面34c,34d,35
c,35dにそって約1.02mmの寸法にわたり接触し
ており、この寸法は予備圧縮の深さである。
第2図から第7図を参照して機械的な移動を説明する。
第2図のスタート位置において固定部10,11は大き
く開いた位置に保持されており、カムローラーはプラテ
ンのカム面34,35から離れている。この位置におい
てキヤビテイ14,15に熱可塑性パターン部12,1
3を容易に取付けることができる。第2図において、カ
ムプレートは作動位置1の近くのインデツクス(カムプ
レートの端部)に位置している。次に加熱プラテンが第
3図に示すように大きく開いた固定部の間に横方向に移
動する。面36,37は、パターン部のマージン16,
17と前面整合している(前面整合とは、マージンの寸
法42が線8にそつて移動すべきときマージンが完全に
寸法43内でプラテンの面36,37に整合する状態を
いう)。
固定部は一緒に方向8にそつて移動するように駆動され
(第4図)、パターンマージンはストツパー38,39
がそれぞれカム面34b,35bに接触し、かつローラ
ー21,23が切欠面34c,35cに整合するととも
にローラー22,24が切欠面34d,35dにそれぞ
れ整合する前にわずかな距離44(0.051〜0.1
0mm)だけ圧縮される。
マージンの圧縮深さは熱可塑性材の密度が10.76〜
38.4Kg/m3(0.7〜2.5lb/ft3)になるように
0.051〜0.10mmの範囲に設定される。ストッパ
ー38,39を位置決めすることによってカム面34,
35に対する圧縮距離が規制される。圧縮深さが、0.
10mmよりも大きい場合、圧縮された材料が1秒以内に
十分に溶けず、ストッパーの解除後に溶けていない圧縮
材料が弾性で復元して、接合組立体の精度を悪くする。
圧縮深さが0.051mm以下の場合は材料の流動性が不
十分で係合マージンに一様に行きわたらない。圧縮部は
溶融中に熱伝導性が増加する。
制御時間が経過して流動化層すなわち流体フイルムが形
成されたあと加熱プラテンが取除かれ、位置1に戻され
る。第5図に示されるように、プラテンは部分的に取除
かれ、ローラーは関連する切欠から上方の直線端部のカ
ム面にくる。切欠からはずれるとローラー支持体により
固定部が最小距離だけ引取られ(付勢力に対し移動す
る)、加熱プラテン30からマージンに対しわずかなス
ペースが形成される。さらにプラテンが後退するとカム
ローラーがカム面34a,34b,35a,35bに乗
る。
加熱プラテンが係合マージンの間からはずれるとそれぞ
れのローラーが面34e,34f,35e,35fに下
がり係合マージンを接触させる。接触後にプラテンをさ
らに後退させるとローラーがカム面から離れる(第6
図)。固定部に働く付勢力により係合マージンが2つの
働きをする。すなわち、流体フイルムが互いに一体とな
り、熱硬化性の各マージンの下層(熱可塑性材の固体流
が熱によりさらに軟化され室温に戻つたとき成型形状を
設定する層)は所定の深さ圧縮され、圧縮により固定部
のキヤビテイ壁内にほぼ成型される。第6図に示す位置
において一体となり緊く保持された流体フイルムが約2
〜5秒圧縮接触される。この熱硬化すなわち冷却時期に
おいて、下層を0.127〜0.178mmの深さ圧縮す
ることは完全に係合したマージン面に対して流体フイル
ムを完全に混合し、プラスチツク溶剤の質を高め接合部
をほぼ目にみえない状態にするのに必要である。
最終ステツプにおいて固定部は開放位置に戻され、接合
された熱可塑性組立体は1つのキヤビテイ内に位置して
いる(第7図)。
完全な後退移動はプラテンを引く時間とほぼ同じであ
る。パターン部は互いに付勢されており、後退ストロー
クの間プラテンの近くにあり、最後の後退期においてパ
ターン部同士が移動して合わさり、固定部のストローク
と別な独立したストロークを設ける必要がない。流体フ
ィルムは一つの後退ストロークの期間中には流体状を保
つが、工程が、固定部を分離するストローク、プラテン
を後退させるストローク、そしてその後に固定部を再び
クランプするストロークと言った一連の長い動作を要す
る場合には、もはや流体状ではなくなってしまう。
第8図から第13図は、同様に本発明の異なる実施例の
作動を示している。この実施例においてプラテンは部分
80,81に分離されており、カムプレートは面82,
83と係合するように分離している。カム面84,85
は第9図の係合状態においては一体となっている。プラ
テンは2つの部分が反対方向に移動するように作動さ
れ、後退及びマージン接触の時間をさらに減少させてい
る。
第14図及び第15図は本発明のさらに他の実施例を示
している。固定部50,51は共通の枢着軸に取付けら
れており、第14図に示すようにわずかに離れた軸5
2,53に取付けられている。平らな円筒状の構造のプ
ラテンのかわりに加熱プラテン54は面55,56を有
するウエツジ状であり、面55,56は、第14図に示
す所定位置においてピボツトに固着されているときだけ
パターン部60,61の傾斜面57,58(係合マージ
ン)と平行に傾斜している。
係合マージン上の流体フイルムが形成された後加熱プラ
テンは第15図に示すような方向に後退させられる。カ
ムローラー62,63を用いたので係合マージンと加熱
プラテンとの間に最小限のスペースまたは分離を達成す
るのにわずかな移動で十分である。これらのローラーは
加熱されたプラテンの面と整合する面に乗つている。幾
何学的には加熱プラテンの1mmの右方向への移動(第7
図において)により係合マージン面と加熱プラテンとの
間に十分な空隙が形成される。後退移動が進むとプラテ
ンからの分離が進むとともにローラーがプラテンの傾斜
面から下方に移動する。このように加熱プラテンの完全
な後退ストロークにおいて、流動面における接触や吸引
が生じず、この点は本発明にとつて重要な要件である。
対向するマージンの間からウエツジ状の加熱プラテンを
完全に後退させた後カムローラーは、係合マージンが固
定部を互いに合わせるように働く付勢力65,66のも
とで互いに整合接触するよう十分な距離傾斜面を下降す
る。固定部の移動は加熱プラテンの後退ストローク中に
同時に生じ、開口流体フイルム時間は1秒以下に抑えら
れ流体フイルムの接触時間に必要なサイクルタイム内に
設定される。このようにして流体フイルムの迅速な係合
が達成され、その期間は1秒よりもかなり短い。
本発明の特定な実施例が図示説明されたが、本発明はこ
れに限定されるものでなく当業者にとつては多くの変更
例が可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は第2図に示す装置の端部の立面図、第2図は本
発明の方法を実施するのに有効な装置の概略平面図であ
りパターン部を取付ける第1の作動位置を示す図、第3
図から第7図は第2図と同様な図であるが、本発明の装
置の異なる作動位置を示す図、第8図から第13図は本
発明の方法を実施する装置の他の態様を示す概略平面
図、第14図は本発明の方法を実施するのに有効な装置
の他の実施例の概略平面図であり、パターン部の係合マ
ージンと完全前面加熱接触する加熱されたウエツジ状プ
ラテンを示す作動位置の1つを示す図、及び第15図は
第14図と同様な図であり部分的な後退位置にある加熱
プラテンを示し、パターン部はウエツジに乗るカム手段
によりプラテン面から最小限離間されておりパターン部
が係合接触用に互いに回動する状態を示す図である。 8……線、9……支持体、10,11……固定部、1
2,13……パターン部、 14,15……キヤビテイ、16,17……係合マージ
ン、18,19……面、20……距離、21,22,2
3,24……カムローラー、 26……ヨーク、27,28……側部、 30……加熱プラテン、31……回転支持体、 32,33……カムプレート、34,35……カム面、
36,37……プラテン面、 38,39……ストツパー、80,81……プラテン部
分、82,83……面、84,85……カム面、50,
51……固定部、52,53……軸、54……加熱プラ
テン、55,56……面、 57,58……傾斜面、62,63……カムローラー、
65,66……付勢力。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】低密度熱可塑性部材の間にもれのない熱溶
    着接合部を形成する方法において、 (a)圧縮可能な低密度の熱可塑性部の対向する係合可能
    な表面の間に位置した横方向に固定の加熱プラテンに対
    し前記表面を予備圧縮してこれら表面の表層のみを流動
    化し、この接触を継続し熱伝導性により流動化を促進す
    ると共に前記係合可能な表面の限られた所定の非溶融下
    層を熱硬化可能とし、 (b)前記表層が流体のままでいる時間内に、前記対向す
    る表面の間から前記プラテンを最小分離状態で後退させ
    つつ前記表面を十分な力で合わせて前記表層を溶け合わ
    せると共に、前記下層を所定の成形形状に圧縮すること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の方法におい
    て、前記接合部のまわりの流動化表層の押しつぶしが、
    前記下層の圧縮成形によって限定され且つ調節される方
    法。
  3. 【請求項3】圧縮可能な低密度の熱可塑性パターン部の
    係合可能な表面を永久固着する方法であって、前記パタ
    ーン部が蒸発鋳造法に有効である方法において、 (a)前記係合可能な表面が互いに離れている第1の位置
    と前記表面が係合する第2の位置との間において前記パ
    ターン部を回動または線型移動させるのに有効な固定部
    に前記パターン部を支持し、前記パターン部を前記第2
    の位置に移動させるように前記固定部を選択的にばね付
    勢し、 (b)接触する前記パターン部の表面部を流動させる温度
    まで加熱された前記プラテンを、前記固定部の間に、且
    つこれら固定部を介して付勢された前記熱可塑性パター
    ン部との接触範囲外に移動させ、 (c)前記プラテンと前記係合可能な表面が前面整合する
    とき、前記付勢によって前記表面に前記プラテンとの横
    方向に固定した接触を行わせしめ、この付勢を、流動化
    を望む寸法深さにほぼ等しい深さまで前記表面を流動化
    に先立って圧縮するように、制限し、 (d)前記プラテンを一定時間にわたって前記表面と接触
    保持して前記圧縮された表面を溶かし、 (e)その直後に、前記プラテンを、移動中に前記対向し
    た表面と前記プラテンとの間に最小限の分離状態を保つ
    ように前記付勢に打ち勝たせつつ、前記固定部の間から
    後退させ、 (f)前記プラテンが前記対向する係合可能な表面外に移
    動する際に、前記流動化された表面が流体のままでいる
    間に、前記付勢によって前記表面を合わせ込み、 (g)前記流動化した表面を熱硬化して溶着させることを
    特徴とする方法。
JP63027380A 1987-03-23 1988-02-08 低密度熱可塑性体を溶着する方法 Expired - Lifetime JPH0651215B2 (ja)

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JPS63235043A JPS63235043A (ja) 1988-09-30
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