JPS63194906A - 熱可塑性樹脂複合体の誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は加熱の結果軟化して成形が可能となって所定形
状のものに製作したり、加熱の結果溶融状態となって部
材間の接着が可能となる熱可塑性樹脂複合体を加熱する
ための装置に関する。

「従来技術」 従来、熱可塑性樹脂を用いる接着施工法は予め溶融状態
にされているものを接着対象部材間に塗布して行うか、
フィルム状のホットメルト接着剤を接着対象部材間には
さんでホットプレス等により外部から加熱して溶融させ
、接着の目的を達成していた。また、骨折等の治療目的
で使用されてきたプラスチック製のギブス等の整形外科
材料、リハビリテーション用材でプラスチック製のもの
等は、概ね使用に際して電熱式オーブンや赤外線ランプ
により加熱して軟化させ、これを必要な形状に成形して
いた。

このような熱可塑性樹脂を軟化させたり溶融させる場合
に、例えば接着に用いる場合には予め加熱溶融状態にし
ておいたり、熱ブレス等の大型装置を必要としたり、ま
た、４＄１脂板の成形にあっては外部から熱エネルギー
を与えようとすると、軟化を出来る限り短い時間で行う
必要性もあって、また、加熱の必要な部材全体を収容せ
ざるを得ないことからも、いきおい装置も大きくなり、
治療室等の大きな場所を占有する票点があった。

本発明者はギブス等に熱エネルギーを外部がら与えるの
ではなくて、内部から熱を発生させて樹脂にその熱を吸
収させると、軟化までの熱効率が良く、エネルギー供給
のための装置が小さいものになることを見出だして、熱
軟化性の樹脂に通電によって発熱する金属材を一体化さ
せることにより、プラスチックギブスや複合接着剤等と
なることを検討してきた（例えば特願昭６０−９９０４
８号、同６１−４４１３８５号、同６１−７８６８０号
、同６０−１１０９８７号）。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、熱可塑性樹脂と一体に存在する導電性発熱材
へ外部から通電しようとすると、その発熱体へ給電装置
の端子を接続して給電する必要があったり、建材等の接
着施工の場合にはその接続が困難な場合があった。また
、給電端子接続による最も大きな難点は使用の都度接続
端子の導電状態を最良に保たなければならないことであ
る。すなわち、熱可塑性樹脂複合体内の導電性発熱材に
。

例えば１５μ厚のアルミ箔を使用する場合、幅Ｌｏａｄ
。

長さ２００１１のものでも１２０℃に達する温度まで上
げようとすれば、２Ｖ、２５Ａ（実測値）程度の通電量
が必要である。このような高電流の通電においては。

端子間の接触状態に少しでも異常があるとその部分で発
熱して赤熱し、危険な状態となる。これを防ぐためには
たえず端子金属の接触面の汚れや腐食物を取り除く必要
がある。このことは作業性を悪くシ、解決すべき問題点
となっていた。

そこで、上記のような従来の問題点を解決するには、端
子間の接続無くしてすなわちコードレスで給電により発
熱させる必要性がある。その為に考えら五る手段として
は誘導加熱と誘電加熱がある。誘電加熱は既に塩化ビニ
ルの溶着や成形に、合成皮革の溶着や成形に、合成樹脂
の成形箭加熱に、更に木材の加熱成形等に用いられてい
る。しかし、本発明で対象とするプラスチックギブス等
の成形や建築内外装材の現場接着施工等においては、人
体自体が誘電体であるから誘電加熱は危険で使用困難で
あるし、内外装材自体が木質やプラスチック等の誘電体
が多くて、接着材のみを選択的に溶融させることが出来
ない場合が多い。

そこで、人体に安全で選択的発熱が可能な誘導加熱を熱
可塑性樹脂の加熱に使用することを検討した。しかしこ
れまで、導電性発熱材に湾曲部分が多かったり、部分的
な加熱を必要とするプラスチックギブスの成形やホット
メルト接着剤の溶融といった、このような目的に適した
誘導加熱方法とその為の装置が無く、ここに、その開発
の必要性が生じたのである。

誘導加熱に関する実用例としては、これまでに本発明の
分野と異なる食品の加熱調理分野でｔ！Ｉ４製鍋の加熱
にｍいられ、また、工業的には鋼製部材の表面焼入れや
電線管の溶接等に用いられている。

しかし１本発明が対象としているような熱可塑性樹脂の
ギブスやホットメルト接着剤による溶融接着に用いられ
た例゛が殆ど無い、なぜなら、誘導加熱により熱可塑性
樹脂を加熱することの可能性の有無の問題と、ギブス等
の整形外科材には形状が一定のものが少なく、使用の都
度種々の異形のものを加熱の対象としなれればならない
こと、ホットメルト接着剤による建築分野における内外
装材の接着施工においては、装置が作業性の良い小型軽
量のものである必要があるし、しがも１曲がったり、大
小異なる対象を加熱する必要が有ることなどの問題があ
った。また、これまでの前述した誘電加熱で不可能な木
製天井板とその上部の支持材との接着や、壁面化粧合板
とその内部の下地材との接着の例にみられるように、目
に見えない内部での接着を完全に行う必要性もある。

ｒ問題点を解決するための手段」 そこで本発明者は接着対象部材間に渦電流損の生じる導
電性発熱材と熱可塑性樹脂とを介在させ。

接着対象部材外部より磁場を作用させて熱可塑性樹脂を
溶融させ、磁場の作用を無くして同化接着させる接着装
置を開発した。

更に、形状の複雑なプラスチックギブス等の整形外科材
料の整形や屈曲した導電性発熱材と熱可塑性樹脂とから
なる複合接着剤等を加熱することを可能とするために、
複数のコイルによって電磁誘導面を形成し、その電磁誘
導面の任意な部分の選択によって渦電流損加熱可能な熱
可塑性樹脂複合体を軟化又は溶融する装置を開発した。

新たに開発した装置は、■熱可塑性樹脂（１０）或は熱
可塑性樹脂を含む部材へ一体化または添わせた導電性発
熱材（１１）に渦電流を発生させるためのコイル部（１
）と、そのコイル部へ高周波電流を送るための給電部（
２）と、給電の必要の有無や給電量等を制御するコンピ
ュータ制御部（３）とからなるもの、また、■装置は少
なくとも給電部（２）と制御部（３）とを有した装置本
体（４）と、給電部（２）に接続された高周波電流の送
電用フレキシブルコード（５）と。

′装置本体（４）とは離れた位置で磁束を発生する送電
フレキシブルコード（５）端部のコイル部（１）とから
なる熱可塑性樹脂の誘導加熱装置と、更に、■熱可塑性
樹脂へ一体化または添わせた導電性発熱材（１１）へ渦
電流を発生させるための複数個のコイル（Ｌｌａ）〜（
Ｌｎ）からなるコイル部（１）と、そのコイル部へ高周
波電流を送るための給電部（２）と、給電の必要なコイ
ルを選択し給電の有無と給電量等を制御する制御部（３
）とからなる熱可塑性樹脂の誘導加熱装置を同時に開発
したのである。

本装置はコイル部を本体と一体にして用いる場合のほか
、コイル部を本体と切り離してハンディ−タイプにして
手作業に使用できるタイプとするとか、走行車体の一部
に取り付けるとか、コンピュータ繰作可能なマニピュレ
ータに取り付けるなど、使用目的に応じて任意に設計で
きる。また、コイルの有無を探知することが可能である
から。

見えない部分にある導電性発熱材を探知しながら接着剤
作業を行うことが出来る。コイルへの通電周波数は３〜
３０ＫＨｚ程度が好ましい。

二二に本発明でいう熱可塑性樹脂樹脂は、接着の為に用
いるものは、ホットメルト接着剤、例えば、エチレン酢
酸ビニル共重合体、ポリアミド、ポリエステル、アタク
チックポリプロピレン等である。これらに、石油樹脂や
ワックス、酸化防止剤、無機充填材、塑剤等を加えて得
られる従来より知られているものを用いることが出来る
。これらに加えて、加熱によって硬化する例えばエポキ
シ樹脂系接着剤その他の接着剤も用いることができる。

このような熱可塑性樹脂、又は熱可塑性樹脂を含む部材
例えば紙や不織布へ熱可塑性樹脂を含浸させたものを導
電性発熱材へ一体化又は添わせるのである。

また、熱可塑性樹脂で本発明によりプラスチックギブス
等に成形する対象は汎用の熱軟化性のプラスチック、例
えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン
、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、トラ
ンスポリイソプレン。

ポリエチレン−酢酸ビニル共重合体等の加熱によって軟
化する樹脂である。これらは主として板状で用いられる
が、表面に断熱材や身体へ装着するためのバンドを設け
ることができる。

導電性発熱材は鉄、ステンレス等の渦電流損の生じるも
ので、本発明では熱可塑性樹脂が軟化した際に、必要な
ギブス形状等にするに際して、全体が柔軟で成形し易い
状態となるように、１００μ以下の箔状のものが好まし
く、更に金網状のものも用いることができる。金属箔の
場合、通気性や表裏に樹脂が浸透することを目的として
貫通穴を設けるとよい、コイルには磁束を発生するに充
分な高周波電流が通電される。

「作用」 本発明の装置によると、熱可塑性樹脂層を通過した磁束
によって導電性発熱材（１１）に渦電流損発熱が生じる
。この磁場エネルギーが変化して生じた熱エネルギーは
付近の熱可塑性樹脂を軟化又は溶融させる。その際にコ
イル部がフレキシブルコードにより装置本体と分離され
ていると１手操作やマニュピレータ操作によって、自由
に施工場所を掃引して壁面や天井面の接着を行うことが
出来る。導電性発熱材に対面する誘導加熱に寄与するた
めのコイル面は複数個のコイルによって形成することに
よって、渦電流損発熱を小単位にブロック化出来て、発
熱部位の偏在化を防止し、必要部位の選択的な加熱を可
能とする作用が得られる。

これらを図面によって詳細に説明する。

第５図は本発明の装置が加熱対象とする熱可塑性樹脂製
のギブス（１２）を示している０表裏の熱可塑性樹脂（
１０）　（１０）の間には導電性発熱材（１１）として
１５μ厚のアルミニウム箔が挟まれている。熱可塑性樹
脂は通常１〜３閤程度であって、大きさは１０〜５００
ｄ程度である。このようなキブス（１２）を一枚の面状
コイル（１４）で誘導加熱させた場合の様子を第８図に
示した。なお、キブス（１２）は説明の都合上点線で示
した。ギブス（１２）の内部の導電性発熱材は全面が一
様に渦電流損発熱するのではなく、凹部を縁部に有した
ａ点が最も高く発熱する。その両側のｂ点は発熱しない
、これを発熱部位の偏在と称す。

第６図はこれも本発明の装置によって誘導加熱可能な誘
導加熱接着型接着剤（１５）をしている。これは後に説
明する第７図に示したような壁面接着施工等に用いられ
る。導電性発熱材（１１）が２５μ厚の鉄箔（樹脂通過
穴が点在している）であって、その表裏両面には熱可塑
性樹脂（１０）として３０μ厚のポリアミド（ナイロン
−１２，ダイアミド３０００．ダイセル化学■製）樹脂
が一体化されている。このような誘導加熱型接着剤の場
合でも、曲がった形状の場合には発熱部位の偏在化が生
じる。また、このような熱可塑性樹脂複合体は２〜４ａ
１１程度の細幅で使用される場合も多い、その場合にも
誘導加熱に第８図に示したような一枚ものの平面コイル
が適していないのである。

このような場合同一磁気発生面内を複数のコイルで渦電
流径を小さく複数に分割する。平面コイル以外に小さい
磁気発生径をもつ磁気層巻コイルその他を用いることが
出来る。導電性発熱材との関係では、コイルと導電性発
熱材の何れかが移動又は双方が移動のあらゆる対応をと
り得る。

「実施例１」 本発明の誘導加熱装置のコイル部（１）は誘導加熱対象
の熱可塑性樹脂複合体が発熱部位の偏在が無い丸い形状
等の場合には第８図に示したような単一の平面コイルで
よい、しかし、ここでは複雑な複数コイルの実施例を説
明する。この装置は第１図に回路図を示したが、前記導
電性発熱材（１１）へ磁場エネルギーを与えて渦電流を
発生させる為のコイル部（１）と、そのコイル部へ高周
波電流を送るための給電部（２）とからなる、この成形
装置のコイル部（１）のコイルに対してほぼ２５キロヘ
ルツの高周波電流を流して磁束を発生させて導電性発熱
材（１１）を発熱させながら、その熱により熱可塑性樹
脂を加熱し成形する。装置の給電部（２）は整流回路（
９）と、導電性発熱材へ渦電流を発生させるコイル部（
１）への給電量の高周波変換部（６）と、前記コイルへ
送られる出力電流等の検知部（７）と、その検知部（７
）で得られた検知値の演算制御部（３）とからなり、そ
の演算制御部（３）で得られた結果を前記高周波変換部
（６）へ送って給電量を制御する。検知部（７）は検知
回路で得られる検出電流のＡ−Ｄ変換をして演算制御部
（３）へ送る。演算制御部（３）はこの例ではマイクロ
コンピュータからなる。高周波変換部（６）は演算制御
部（３）から指令を受ける半導体のスイッチング素子（
８）によって構成されている。このスイッチング素子（
８）はコイル（Ｌｌ）〜（Ｌｎ）の数だけ歯えられてい
る。マイクロコンピュータからなる演算制御部（３）は
−例を第４図のフローシートに示したが、安全に対して
も種々のコントロールができ、磁束によって渦電流を発
生する導電性発熱材（！ｌ）が無い場合には、コイル部
（１）への通電を停止する。必要以上の加熱がなされな
いように総給電量を設定することができ、それを越える
場合には、コイルへの給電がおさえられる。詳細なフロ
ーシートは省略するが、演算制御部（３）では、第２図
によって明らかなように、鎖線で示したギブス中の導電
性発熱材（１１）が複数個のコイルのうち、し２のよう
に全く上に無い場合、し□、Ｌ２．その他のように一部
が載せられている場合、Ｌ、のようにコイル全面に載っ
ている場合のそれぞれについて通電量の演算がなされる
。このような時、初期小電流（短時間、小電力）の通電
によってマイクロコンピュータからなる演算制御部（３
）内では検知部（７）からのデータによって各コイル上
の導電性発熱材（１工）の有無、存在量等を負荷から演
算して、各コイルに通じる給電量を出力調整部（６）の
スイッチング素子（８）へ第３図に一例を示したような
点弧信号を送る。

各コイルは必要に応じて給電時間が長短１１ｍされたり
、コイル（Ｌ２）のように通電が無いのである。

このことを更に詳細に説明する。ここで、導電性発熱材
（１１）が一部対面しているコイル（Ｌ□）　（Ｌ、　
）は短いＴ□、１３時間の通電がなされる。導電性発熱
材（１１）が対面していないコイル（Ｌ３）は０時間す
なわち通電がなされない。導電性発熱材（１１）が大き
な面積で対面しているコイル（Ｌ４）や導電性発熱材（
１１）が全面に対面しているコイル（Ｌｓ）は長いＴ４
．１７時間の通電がなされるのであるｅＴ４や７８時間
で不充分と判断された場合には、通電順位を変えてコイ
ル（Ｌ４）、コイル（し、）に多い頻度で通電すること
も出来る。これらはコンピュータプログラムにより自由
になされる。

このような装置によって、厚み２５μ、幅２０ａ１１、
長さ４００１１の鉄箔が導電性発熱材（１１）として用
いられその両面に１ｍ＋厚のポリ塩化ビニルが貼り合ね
されたものを加熱成形した。１２個のコイル全体へ総高
周波出力２５０Ｗの給電で、４分間で全体が加熱ムラも
無く軟化されて、成形の目的を達成することができた。

この渦電流加熱型成形装置は演算制御部（３）がコンピ
ュータからなるが１通常の電気回路によって適正な導電
性発熱材（１１）か否かを判断するための金属検知信号
発生回路（オペアンプと抵抗、コシデンサによりマルチ
バイーブレータを構成し、定期的に信号を出す）、−電
性発熱材（１１）が加熱状態にある場合にブザーまたは
表示ランプが点灯する加熱表示回路、逆起電力を検出し
て導電性発熱材（ＩＩ）の発熱温度を適正範囲にするた
めの起動遅延回路、入力電力を検出して出力設定回路の
設定値を補正するための信号を検出する検知回路を設け
た構造のものとすることを本発明は否定するものではな
く、熱可塑性樹脂の誘導加熱の目的を達成出来る装置と
して本発明に含まれる。

プラスチックギブスの場合、その一部を軟化させて成形
したい場合もある。その場合でも本発明の装置によると
コンピュータプログラムによって一部のコイルのみに通
電することが出来る。このような目的で使用される装置
は装置本体（４）とコイル部（１）とが一体となった構
造がコンパクトで使い勝手がよく、かつ、場所をとらな
いので好都合である。

ギブスが過熱状態となるのをコイルへの通電量で制御す
る以外に、ギブス中に形状記憶合金を用いることもでき
る。すなわち、熱可塑性樹脂の軟化温度に達すると湾曲
してコイルへの対向面が離れて発熱が減少し、温度が下
がるとコイルへ対向面が近付き多く発熱させる。このこ
とにより過熱状態となるのを防ぐことが出来る。これは
表裏の熱可塑性樹脂の熱膨張率が異なる場合（例えば表
面がポリ塩化ビニルで裏面がポリプロピレン）にも有る
程度可能である。

接着施工に用いる場合には、次に説明する実施例２によ
ってもあきらかなように′、コイル部（１）を移動させ
る。その際に通電コイルの選択は絶えず変化する。その
場合でも演算が迅速にコンピュータ内でなされるため、
各必要なコイルへ必要に応じて通電がなされる。このこ
とにより導電性発熱材（１１）を有した熱可塑性樹脂複
合体の必要部分をまんべんなくかつ偏りの無い状態で加
熱溶融させることが出来る。コイル部（１）を複数のコ
イルで構成したことの特長である。

以下余白 ｒ実施例２」 第７図に示したように１本発明の誘導加熱装置は送電用
フレキシブルコード（５）によって装置本体から離れた
位置にコイル部（１）を設けた構造にすることができる
。この例はコンクリート下地（２０）に木製胴縁（２２
）を固定し、その室内側へ木製合板の内装材（２３）を
本発明の装置により同時に接着している様子を示してい
る。木製胴縁（２２）と内装材（２３）との間には、誘
導加熱接着型複合接着剤（１５）が介在している。ここ
に用いた誘導加熱接着型複合接着剤（１５）は第６図に
示したような構造で、熱可塑性樹脂（１０）としてホッ
トメルトのポリアミド系接着剤（ダイアミド２０００．
ダイセル化学工業−ｇｌ）用い、これを導電性発熱材（
１１）としての鉄箔（２７μ厚、東洋鋼板■Ｉｌ）の両
面にラミネート化して複合化したものである。この鉄箔
には４■φの樹脂通過貫通穴（１６）を４Ｉ間隔で設け
て、熱接着性樹脂が表裏両面で合一出来るようにして接
着強度を高めるようにしている。これに内装材（２３）
に誘導加熱コイル部（１）を添わせて掃引した。この誘
導加熱コイル部（１）に高周波電流を供給するための装
置本体（４）は、コイル部（１）へ２５ＫＴ１ｚの高周
波電流を送るための給電部からなる。給電部は前述した
ように出力調整部とコイルへ送られる出力電流の検知部
と。

その検知部で得られた検知値の演算制御部とからなる。

演算制御部は前記回路からなるものである。

゛出力調整部は演算制御部から指令を受ける点弧回路と
それにより制御されるサイリスタとからなる。

この場合もコンピュータを用いないで通常の電気回路に
よりコイル部への給電ｍｕをすることも出来る。熱可塑
性樹脂複合体中の導電性発熱材（１１）が、第２図中２
点鎖線で示したように、曲がっている時にも使用出来る
ように、実施例１と同様にコイル部（１）を複数のコイ
ルによって構成するとよい。

このセパレート型の本装置により・高周波電流を流して
導電性発熱材（１１）を発熱させながら、その熱により
誘導加熱接着型複合接着剤（１５）を熱溶融させ、場所
を変えながら接着を行ったところ、従来不可能であった
接着対象部材内でのホットメルト接着剤の溶融接着が可
能となった。

以上の説明からも明らかであるが、本発明の装置はカー
ペットその他の接着体が渦電流損によって発熱作用を及
ぼす通電発熱体と裏面に熱可塑性樹脂を共に有している
場合等にはそのまま接着させることも出来る。

「発明゛の効果」 本発明の装置によって導電性発熱材が一体化または導電
性発熱材が添っている熱可塑性樹脂複合材を誘電加熱に
よるよりも人体に安全な方法で磁場を与えることによっ
て容易に軟化させたり、溶融させることが可能となった
。その結果、熱可塑性樹脂製ギブスの成形や従来不可能
であった部材内部等におけるホットメルト接着剤等の加
熱溶融を可能とし、これによる選択的な接着を可能とし
た。外部から磁束によりエネルギーを与えるので非接触
の状態で内部へ熱エネルギーを供給することが出来る。

形状が曲がったり、大小異なる導電性発熱材に対して発
熱の偏在化やムラを生じない。

菫に従来困難であったり、エネルギーロスの大きかった
接着対象部材内でのホットメルト接着や熱硬化性樹脂接
着等を容易にかつエネルギーロスの少ない内部発熱作用
によって可能としたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回路図である。第２図はコイル部の平面図であ
る。第３図は点弧信号を示す図である。 第４図はフローチャートである。第５図はプラスチック
ギブスの一部破断乎面図であり、第６図は誘導加熱接着
型複合接着剤の一部破断乎面図である。第７図は接着施
工に本発明の装置を使用している様子を示す斜視図であ
る。第８図は平面単一コイルの使用例を示す平面図であ
る。 （１）コイル部　　　　　　（２）給電部（３＞制御部
　　　　　　　（４）装置本体（５）フレキシブルコー
ド　（１０）熱可塑性樹脂（１１）導電性発熱材　　　
（１２）ギブス（１５）誘導加熱接着型接着剤 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　熱可塑性樹脂（１０）或は熱可塑性樹脂を含む部材
   へ一体化または添わせた導電性発熱材（１１）に渦電流
   を発生させるためのコイル部（１）と、該コイル部へ高
   周波電流を送るための給電部（２）と、給電の必要の有
   無や給電量等を制御するコンピュータ制御部（３）とか
   らなる熱可塑性樹脂の誘導加熱装置。 ２　少なくとも結電部（２）と制御部（３）とを有した
   装置本体（４）と、給電部（２）に接続された高周波電
   流の送電用フレキシブルコード（５）と、装置本体（４
   ）とは離れた位置で磁束を発生する前記送電フレキシブ
   ルコード（５）端部に設けられたコイル部（１）とから
   なる熱可塑性樹脂の誘導加熱装置。 ３　熱可塑性樹脂へ一体化または添わせた導電性発熱材
   （１１）へ渦電流を発生させるための複数個のコイル（
   Ｌａ）〜（Ｌｎ）からなるコイル部（１）と、該コイル
   部へ高周波電流を送るための給電部（２）と、給電の必
   要なコイルを選択し給電の有無と給電量等を制御する制
   御部（３）とからなる熱可塑性樹脂の誘導加熱装置。