JPH09109262A - 非接触熱板溶着方法およびその装置 - Google Patents

非接触熱板溶着方法およびその装置

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JPH09109262A
JPH09109262A JP29494895A JP29494895A JPH09109262A JP H09109262 A JPH09109262 A JP H09109262A JP 29494895 A JP29494895 A JP 29494895A JP 29494895 A JP29494895 A JP 29494895A JP H09109262 A JPH09109262 A JP H09109262A
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JP
Japan
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hot plate
resin molded
molded product
welding
heating
Prior art date
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JP29494895A
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English (en)
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Shigemasa Tsubone
重正 坪根
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Seidensha Electronics Co Ltd
Original Assignee
Seidensha Electronics Co Ltd
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Publication date
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱板を高温に加熱できるようにして、成形品
の溶着部を非接触で加熱できるようにする。熱板を長寿
命化してその交換を行わずに済むようにする。 【構成】 ステンレス等からなる熱板１を加熱コイル２
により所定の温度（例えば６００℃）に加熱しておく。
下部保持部材３、上部保持部材４にそれぞれ樹脂成形品
５、６を装着する〔図１（ａ）〕。熱板１を加熱ステー
ジから溶着ステージに移動させて、樹脂成形品の溶着部
を加熱する〔図１（ｂ）〕。樹脂成形品の溶着部が十分
に溶融するのを待って熱板を元の加熱ステージに復帰さ
せ、上部保持部材４を降下させて樹脂成形品６を樹脂成
形品５に押圧して溶着を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱板を用いた樹脂
成形品の溶着方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】樹脂成形品は、広い分野にわたって様々
な形状のものが用いられている。これらの樹脂成形品は
主として射出成形法により形成されているが、１回の成
形工程により所望の形状のものが得られない場合には、
複数の成形品を溶着して一つの製品を作製することにな
る。樹脂成形品の溶着方法としては、熱板加熱法、電磁
誘導加熱法、超音波法等が知られている。
【０００３】図７（ａ）〜（ｆ）は、従来の熱板法によ
る溶着過程を示す工程順断面図である。この方法では、
まず、下部保持部材１３に樹脂成形品１５を、また上部
保持部材１４に樹脂成形品１６をそれぞれ装着し、二つ
の樹脂成形品１５、１６の間に、電熱ヒータが埋め込ま
れ、これにより加熱された熱板１１を配置する〔図７
（ａ）〕。このとき、熱板１１は、樹脂成形品の材料の
軟化点以上の温度、例えば３００℃に加熱されている。
【０００４】次に、上部保持部材１４を降下させて樹脂
成形品１６で熱板１を押圧する。その押圧力により樹脂
成形品１５の溶着面も熱板１１に接触する。これによ
り、両樹脂成形品の溶着部が溶融し一部の樹脂は押し出
されて湯玉１７となる〔図７（ｂ）〕。樹脂の溶融が十
分となった時点で、一旦上部保持部材１４を上昇させて
〔図７（ｃ）〕、熱板１１を待避させる〔図７
（ｄ）〕。上部保持部材１４を降下させ、両樹脂成形品
を押圧する。このとき、バリ１８が形成される〔図７
（ｅ）〕。その状態を溶着部溶融樹脂が完全に固化する
まで保持する。しかる後、上部保持部材１４を上昇させ
〔図７（ｆ）〕、完成品を取り出す。
【０００５】図８（ａ）、（ｂ）は、熱板１の実際の構
造を示す断面図であって、図８（ａ）は溶着面が平面上
に存在している場合の、図８（ｂ）は溶着面が立体的に
なっている場合の構造を示す。図８に示すように、熱板
１は、ヒータブロック２１上に型板２２を固着したもの
であり、ヒータブロック２１は、金属板２１ａ間にニク
ロム線等からなるヒータ２１ｂを挟み込んで製作された
ものである。また、型板２２の表面には、被溶着物の樹
脂の付着を防止するためにポリテトラフルオロエチレン
等からなる樹脂コート２３が施されている。
【０００６】図９は、誘導加熱法を用いた従来の溶着方
法を示す工程順断面図であって、図９（ａ）は加熱体に
針金を用いる場合を、また図９（ｂ）は加熱体に磁性接
着剤を用いる場合を示している。図９（ａ）の場合に
は、二つの樹脂成型品３２、３３の間に針金３４を挾み
込み、加熱コイル３１に通電して、針金を加熱する。針
金３４の回りの樹脂が溶融した後、コイルへの通電を中
止し、加圧して両樹脂成型品を溶着する。針金３４は製
品中に埋め込まれる。図９（ｂ）の場合には、一方の樹
脂成型品、例えば成型品３２の溶着部に、磁性材料粉末
を樹脂に混入してなる磁性接着剤３５を塗付し、二つの
樹脂成型品３２、３３を重ねる。加熱コイル３１に通電
して磁性接着剤を十分に加熱・溶融した後加熱コイル３
１への通電を中止し、加圧して両樹脂成型品を接着す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の熱板を用いた溶
着方法では、熱板は図８に示すような複雑な構造となっ
ているので、高価なものとなり、また、寿命が比較的短
く一定時間経過後には交換が必要となる煩わしさがあっ
た。寿命が有限となる原因は主に次の２点に起因する。
第１に、ニクロム線等のヒータを使用しているためこれ
が劣化する。第２に、熱板が被溶着成型品に接触すると
きには、熱板の樹脂コートは柔らかくなっているのに対
し、樹脂成型品の表面は冷たく固い状態にある。そのた
め、接触時の衝撃により樹脂コートに傷が入り、繰り返
し使用している間に型板の表面が露出するようになって
しまう。このような寿命が有限の装置を使用すること
は、夜間の無人作業を前提とする現在の生産システムに
おいては、重大な結果を招く。即ち、夜間にラインが停
止したり、不良品を多量に生産してしまったりして、製
品の供給が間に合わなくなって、他のライン（アッセン
ブリライン等）に影響を及ぼすことになってしまう。
【０００８】また、従来の熱板は、上述したように構造
が複雑となるため、大重量となってしまう欠点があっ
た。例えば、１００ｋｇ越えるものもまれではなく、３
００ｋｇ近いものも実用化されている。このような大重
量の熱板では、熱容量が大きくなるため、立ち上げ（ス
イッチ投入後、作業開始可能となるまでの時間）に、例
えば１００ｋｇのもので２時間程度と、長時間を要して
いた。また、このような大重量の熱板では、機種切り換
えに伴う熱板の交換に長時間を要する。熱板の交換は、
使用していた熱板の冷却を待って交換を行い、その後交
換した熱板の立ち上げを行わなければならないが、冷却
と立ち上げにそれぞれ２〜４時間を要するため、交換に
半日以上がかかってしまうことになる。このように機種
切り換えに長時間を要することは多品種・少量生産を行
っている場合には結果的に著しく生産性が低下する。ま
た、大重量の熱板を使用しているため、その駆動機構が
大規模なものとなり結果的に溶着装置の大型化が避けら
れなかった。さらに、熱板が大重量であるため、その高
速な駆動は不可能で、生産性の向上に対する障害となっ
ていた。
【０００９】さらに、従来の熱板は、ヒータブロックに
型板を固着するものであるため、熱効率が低い上に、温
度分布が一定になりにくいという問題点があった。特
に、溶着部が３次元的な形状をしている場合には、図８
（ｂ）に示されるように型板に突起部が形成されるた
め、ここでは低温になりやすく、樹脂を完全に溶融させ
ることが困難で信頼性の高い溶着を行うことができなか
った。その上、従来の熱板は、ヒータによって金属板
を、その金属板によって型板を加熱するものであるた
め、そして型板表面には樹脂コートを施さなければなら
ないため、熱効率が極めて低かった。
【００１０】また、従来の熱板法では、熱板の樹脂成型
品に接触する方式であるため、成型品の熱板との接触部
の形が崩れやすく製品に生じるバリが大きくなりがち
で、形状のばらつきが大きくなるという欠点があった。
更に、熱板が汚れやすくその汚れが次の被溶着成型品の
表面を汚すため、不良品の生じやすく歩留りの向上させ
ることが困難であった。このような接触方式を採ること
による欠点は、非接触方式を採用することによって解決
できる。しかし、非接触方式を採用する場合には熱板の
温度を上げなければならない。即ち、接触方式では３０
０℃程度で済むが、非接触方式では６００℃程度にまで
熱板を加熱しなければ、成型品の樹脂を溶融させること
はできない。ところが、従来のヒータ方式の熱板では、
このような高温加熱を採用するとヒータ寿命が極端に短
くなってしまうため、非接触方式を採用することは非現
実的なことであった。
【００１１】一方、図９に示した従来の誘導加熱方式で
は、製品中に針金や磁性粉末を残す方式であるため、余
分の材料を使わなければならずコストアップにつなが
る。さらに、使用済みとなった場合に公害防止上に問題
が生じ、また、資源リサイクルの処理が難しくなる等の
欠点があり、ユーザサイドから改善が求められていた。
本発明は、このような従来例の問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、第１に、形崩れや汚れによ
る不良が発生しにくく、均一で信頼性の高い溶着を実現
できる方法および装置を提供することであり、第２に、
軽量で、生産性が高くしかも熱効率の高い熱板溶着装置
を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による非接触熱板溶着方法は、 誘導加熱法にて加熱された熱板を、溶着すべき樹脂
成形品間に配置して該樹脂成形品の溶着個所を非接触に
て加熱する過程と、 前記熱板と前記樹脂成形品を相対移動させて、前記
熱板が前記樹脂成形品の溶着を妨げることのないように
する過程と、 樹脂成形品同士を押圧して溶着を行う過程と、 を有することを特徴としている。
【００１３】また、上記の目的を達成するための本発明
による非接触熱板溶着装置は、 それぞれ樹脂成形品をそれらが対向するように保持
することができる第１および第２の保持部材と、 前記第１、第２の保持部材のいずれか一方あるいは
双方を、対向する樹脂成形品を離隔させあるいは接触さ
せることができるように、移動させる駆動機構と、 誘導加熱法により加熱される熱板と、 前記熱板に交番磁界を印加するための加熱コイル
と、 前記熱板を、前記樹脂成形品の溶着個所を加熱する
位置と、前記樹脂成形品の溶着を妨げない位置との間を
移動させる移動機構と、 を有することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、説明する。図１、図２は、本発明の実施の形態を説
明するための工程順断面図である。図１（ａ）に示され
るように、下部保持部材３には樹脂成型品５が、上部保
持部材４には樹脂成型品６が装着される。少なくとも上
部保持部材５には、成型品を固定するするための真空吸
着あるいはその他の機械的手段による成型品固着手段が
備えられている。また、少なくとも一方の保持部材は、
上下動が可能であって、後述するように、成型品間に熱
板を非接触で収容することが可能であり、かつ、二つの
樹脂成型品５、６を押圧することができるようになって
いる。樹脂成型品については、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン等の大型成型品に対して好適に適用されるが、熱
可塑性樹脂であれば溶着が可能であり、特にその材質は
問わない。
【００１５】熱板１の加熱ステージには、加熱コイル２
が配置されている。加熱コイルは、図示した例では熱板
の上下に２ターンずつの巻かれているが、ターン数は特
に問わない。また、熱板の一方の面側のみに配置するこ
ともできるが、効率の面から上下に分割して配置するこ
とが望ましい。加熱コイルは、大電流による発熱を抑え
るために中空として水等の冷却媒体を流すようにするこ
とが望ましい。熱板１の材料には、ヒステリシス損およ
び渦電流損の双方を大きく取れるステンレスが好適に用
いられるが、金属乃至磁性体であれば他の材料も採用が
可能である。また、熱板の表面には、赤外線の放射が効
率よく行われるようにするために、酸化被膜を設けた
り、あるいはセラミックスコーティングを施すことがで
きる。このようなコーティングを施しても構造が単純で
あるため、極めて安価に製作することができる。熱板１
の重量は、成型品の形状に依存するが大型の場合であっ
ても５〜１０ｋｇ程度に収まる（停止している加熱コイ
ルおよび高周波発振器の重量は合わせて２０〜３０ｋｇ
程度である）。
【００１６】熱板１は、その内部に温度センサが埋め込
まれており、例えばオン・オフ制御により、例えば６０
０℃等の一定の温度に保持されるようになっている。熱
板の材料に磁性材料を用い、その設定温度をキュリー点
以上に設定することにより、熱板内の温度の偏差を少な
くすることができる。その理由は以下の通りである。誘
導加熱法においては、熱板はヒステリシス損による発熱
と渦電流損による発熱によって加熱される。いま、熱板
における熱分布に差が生じてキュリー点を越える点と越
えない点が共存している状態になったものとすると、キ
ュリー点を越えた点では磁性が失われるため、ヒステリ
シス損による発熱がなくなり、渦電流損による加熱のみ
となって温度上昇が抑制される。一方、キュリー点以下
の点では、ヒステリシス損および渦電流損による発熱が
行われるため、温度上昇が続けられる。その結果、熱板
内の温度分布の均一化が図られる。
【００１７】図１（ａ）の状態から、図１（ｂ）に示す
ように熱板１を溶着ステージに移動させて、樹脂成型品
の加熱を行う。均一で信頼性の高い溶着を行うには、表
面ばかりでなく成型品の内部まで加熱されることが望ま
しいことが知られている。本発明においては、熱板は例
えば６００℃程度と高温であるため、赤外線の放射量が
多くこれが成型品の内部にまで到達する。従って、成形
品の内部は、輻射熱によって加熱された表面部からの熱
伝導と赤外線による加熱の両方によって加熱されるた
め、高温に加熱される。これに対し、３００℃程度と低
温の従来の熱板では赤外線の放射が少なく、内部は表面
からの熱伝導のみによる加熱となるため内部を十分に加
熱することはできなかった。また、本発明においては、
非接触の加熱であるため、接触による形の崩れや汚れは
発生しない。
【００１８】成型品の表面の樹脂が十分に溶融した時点
で、熱板１を加熱ステージに移動させ、また、図２
（ａ）に示すように、例えば上部保持部材を降下させて
成型品同士を押圧して溶着を行う。このとき、成型品の
表面の形状は崩れておらず、バリ等の発生は最小限に抑
えることができるので、ばらつきの少ない整った形状に
仕上げることが可能となる。溶着部が冷却した後、図２
（ｂ）に示すように、上部保持部材５を上昇させて製品
を取り出す。その後、次の成型品が供給され、次の溶着
サイクルが開始される。
【００１９】図１、図２に示した例は、下側の一つの成
形品と上側の一つの成形品とを溶着するものであった
が、例えば下側の一つの成形品に上側の複数個の成形品
を溶着する場合のように、一つの成形品に複数の成形品
を溶着する場合にも本発明は適用できるものである。ま
た、下部保持部材と上部保持部材との組み合わせを複数
組み並べ、一つの熱板により同時に加熱するようにして
複数個の製品を同時に製作できるようにしてもよい。あ
るいは、下部および上部の保持部材にそれぞれ複数個の
成形品を保持させるようにして、複数個を同時に溶着す
るようにしてもよい。
【００２０】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図３は、本発明の第１の実施例を説明
するための断面図である。この実施例では、熱板１が成
型品の溶着部に相当する個所のみに設けられ、各熱板は
熱板連結体７によって結合されている。また、加熱コイ
ル２は各熱板１毎に設けられている。動作および効果
は、図１、図２の実施形態の場合と同様であるが、この
ように構成することにより、より効率的な加熱が可能に
なる。
【００２１】［第２の実施例］図４、図５は、本発明の
第２の実施例を説明するための工程順断面図である。こ
の実施例は、溶着個所が立体的な形状をしている場合に
関する。熱板１の上下面は、樹脂成形品５、６の溶着面
に平行に加工されている。図４（ａ）に示すように、下
部保持部材３と上部保持部材４とにそれぞれ樹脂成形品
５、６を装着した後、熱板１の温度が所定の温度以上で
あることを条件として、図４（ｂ）に示されるように、
熱板１は溶着ステージへ移動される。熱板が所定の位置
に到着すると、上部保持部材が少し降下して樹脂成形品
６を熱板１へ近づける。
【００２２】樹脂成形品の溶着部が十分に溶融するのを
待って、図４（ｃ）に示されるように、上部保持部材４
を少し上昇させた後、熱板１を加熱ステージへ移動させ
る。その後、直ちに上部保持部材を降下させて溶着を行
う〔図５（ａ）〕。溶着部が冷却した後、図５（ｂ）に
示すように、上部保持部材５を上昇させて製品を取り出
す。その後、次の成型品が供給され、次の溶着サイクル
が開始される。本発明における熱板は熱板自体の発熱に
よって加熱されるものであるので、平坦な形状のもので
なくても、すなわち凹凸のある形状のものであっても、
熱板内の温度差を少なくすることができる。
【００２３】［第３の実施例］図６（ａ）〜（ｃ）は、
本発明の第３の実施例を説明するための工程順断面図で
ある。この実施例では、熱板の加熱ステージが溶着ステ
ージと同一個所に設けられている。ここで、下部および
上部保持部材３、４は、セラミックスにより形成されて
いる。図６（ａ）に図示した位置の下方において、下部
保持部材３は樹脂成形品５の供給を受け、また上部保持
部材４は図示した位置の上方において樹脂成形品６の供
給を受け、それぞれ上昇または下降して図示の位置に静
止する。
【００２４】成型品の表面の樹脂が十分に溶融した時点
で、図６（ｂ）に示すように、熱板１を図の左に移動さ
せ、また上部保持部材４を降下させあるいは下部保持部
材３を上昇させて成型品同士を押圧して溶着を行う。溶
着部が冷却した後、図６（ｃ）に示すように、下部保持
部材３を下降、上部保持部材４を上昇させ、また熱板１
は元の加熱ステージに復帰させる。図示した位置の下方
において、製品は取り出され、下部保持部材は新たに樹
脂成形品の供給をうける。また、上部保持部材４は図の
上方において、新たに樹脂成形品の供給を受ける。下部
および上部保持部材が上昇または下降して図６（ａ）の
状態に戻る。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による熱板
溶着方法および装置は、電磁誘導法により加熱された熱
板を用いて被溶着成形品を加熱するものであるので、以
下の効果を享受するすることができる。 熱板が単純な構造になるため、重量を従来の熱板の
数１０分の１と極めて軽量にすることができる。したが
って、熱板の駆動機構を小型化・単純化することができ
るとともに動作高速化が可能になり生産性を向上させる
ことができる。また、立ち上げ時間や、機種切り換えに
伴う熱板交換のための段取時間を大幅に短縮することが
可能になる。 熱板はそれ自体の発熱によって加熱されるものであ
るので、高効率で加熱できる外、凹凸のある形状のもの
であっても熱板内の温度差を少なくすることができ、溶
着の仕上がりに“むら”が生じないようにすることがで
きる。特に、熱板の温度をキュリー点の少し上に設定し
た場合には熱板内の温度偏差をより少なくすることがで
きる。 熱板を高温に加熱することができるようになるの
で、非接触での成形品の加熱が可能になり、熱板との接
触による成形品の形の崩れや汚れを生じさせないように
することができる。したがって、バリ等の発生を少なく
して、整った形状に仕上げることができるようになる。 熱板から多量の赤外線を放射させることが可能にな
るので、被溶着成形品の内部まで加熱させることができ
るようになり、溶着品質を向上させることができる。こ
こで、熱板の表面に赤外線の放射を促進する被膜を設け
た場合にはこの効果をより高めることができる。 熱板は、従来の熱板の場合のようにヒータ切れをを
起こすことがなくその寿命は半永久的であるため、熱板
交換のために必要となる工数および費用を削減すること
ができる。 従来の誘導加熱法における場合のように余分の部品
や材料を使う必要がないため低コストでの溶着が可能と
なる。また、製品内に針金等が残らないため、公害対策
上や資源リサイクル上に問題が生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための工程順断
面図の一部。
【図２】本発明の実施の形態を説明するための、図１の
工程に続く工程での工程順断面図。
【図３】本発明の第１の実施例を説明するための溶着装
置の断面図。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための工程順
断面図の一部。
【図５】本発明の第２の実施例を説明するための、図４
の工程に続く工程での工程順断面図。
【図６】本発明の第３の実施例を説明するための工程順
断面図。
【図７】従来の熱板溶着方法を説明するための工程順断
面図。
【図８】従来の熱板の断面図。
【図９】従来の誘導加熱溶着方法を説明するための工程
順断面図。
【符号の説明】
１、１１ 熱板 ２、３１ 加熱コイル ３、１３ 下部保持部材 ４、１４ 上部保持部材 ５、６、１５、１６ 樹脂成形品 ７ 熱板連結体 １７ 湯玉 １８ バリ ２１ ヒータブロック ２１ａ 金属板 ２１ｂ ヒータ ２２ 型板 ２３ 樹脂コート ３２、３３ 樹脂成形品 ３４ 針金 ３５ 磁性接着剤

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （１）誘導加熱法にて加熱された熱板
    を、溶着すべき樹脂成形品間に配置して該樹脂成形品の
    溶着個所を非接触にて加熱する過程と、 （２）前記熱板と前記樹脂成形品を相対移動させて、前
    記熱板が前記樹脂成形品の溶着を妨げることのないよう
    にする過程と、 （３）樹脂成形品同士を押圧して溶着を行う過程と、を
    有する非接触熱板溶着方法。
  2. 【請求項２】 前記熱板の加熱を樹脂成形品の溶着の行
    われる場所とは異なる場所で行うことを特徴とする請求
    項１記載の非接触熱板溶着方法。
  3. 【請求項３】 前記熱板を磁性材料により形成し、該熱
    板をその材料のキュリー点以上の温度に加熱することを
    特徴とする請求項１記載の非接触熱板溶着方法。
  4. 【請求項４】 それぞれ樹脂成形品をそれらが対向する
    ように保持することができる第１および第２の保持部材
    と、 前記第１、第２の保持部材のいずれか一方あるいは双方
    を、対向する樹脂成形品を離隔させあるいは接触させる
    ことができるように、移動させる駆動機構と、 誘導加熱法により加熱される熱板と、 前記熱板に交番磁界を印加するための加熱コイルと、 前記熱板を、前記樹脂成形品の溶着個所を加熱する位置
    と、前記樹脂成形品の溶着を妨げない位置との間を移動
    させる移動機構と、を有することを特徴とする非接触熱
    板溶着装置。
  5. 【請求項５】 前記熱板が、金属酸化膜またはセラミッ
    クコーティングにより覆われていることを特徴とする請
    求項４記載の非接触熱板溶着装置。
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