(57)【要約】【課題】  ２つの熱可塑性樹脂成形品を熱溶着によって接合するのに際し、溶融状態に偏差が生じて位置精度が悪くなったり、樹脂の温度が上がり過ぎて変質して溶着強度が低くなるなどの不具合の発生を防止する。【解決手段】  一方の熱可塑性樹脂成形品２の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品１のループ状の溝部４とによって発熱体６を挟み込んで発熱させることにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する。周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより上記発熱体５を形成し、２本の線材の接触部に電圧を印加する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の熱可塑性樹脂成形品の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品のループ状の溝部とによって発熱体を挟み込んで発熱させることにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する方法であって、
周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより前記発熱体を形成し、前記２本の線材の接触部に電圧を印加することを特徴とする熱溶着方法。
【請求項２】
一方の熱可塑性樹脂成形品の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品のループ状の溝部とによって発熱体を挟み込んで発熱させることにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する装置であって、
周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより前記発熱体を形成し、前記２本の線材の接触部にプローブが接触して電圧を印加することを特徴とする熱溶着装置。
【請求項３】
前記２本の線材は、材質が異なることを特徴とする請求項２記載の熱溶着装置。
【請求項４】
前記２本の線材は、径が異なることを特徴とする請求項２の熱溶着装置。
【請求項５】
前記２本の線材は、材質及び径が異なることを特徴とする請求項２記載の熱溶着装置。
【請求項６】
一方の熱可塑性樹脂成形品の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品のループ状の溝部とによって挟み込まれた状態で発熱することにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する発熱体であって、
周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより形成されていることを特徴とする溶着用発熱体。
【請求項７】
それぞれ熱可塑性樹脂成形品である２部品が、請求項１記載の熱溶着方法で一体化されたケース体において、一方の樹脂成形品に溶着リブを有し、他方の樹脂成形品に前記溶着リブに対面する溝を有し、その溝には周長の異なる２本の線材からなるループ状の発熱体が配置されていることを特徴とするケース体。
【請求項８】
それぞれ熱可塑性樹脂成形品である２部品が、請求項２から５のいずれか１項に記載の熱溶着装置で一体化されたケース体において、一方の樹脂成形品に溶着リブを有し、他方の樹脂成形品に前記溶着リブに対面する溝を有し、その溝には周長の異なる２本の線材からなるループ状の発熱体が配置されていることを特徴とするケース体。
【請求項９】
それぞれ熱可塑性樹脂成形品である２部品が一体化されたケース体において、一方の樹脂成形品に溶着リブを有し、他方の樹脂成形品に前記溶着リブに対面する溝を有し、その溝には請求項６記載の溶着用発熱体が配置されていることを特徴とするケース体。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載のケース体を有することを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂からなる２つの成形体を熱溶着する熱溶着方法、熱溶着装置、溶着用発熱体、ケース体、現像装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンターの現像ユニットのフレームに相当する部品であるケーシングには現像ローラや現像ドクタ、搬送スクリューなどの機能部品が取付けられるため高い寸法精度を要求される部位が多い。また、現像ユニットを構成する成形部品の形状は、省スペース化、多機能化などの要求から複雑形状になる傾向があり、モールド一体成形により製造されるケーシングにおいても、複雑形状に対応するため、いくつかに分割した部品となる場合がある。このように分割された部品では、成形後に接合する必要がある。ここで、接合すべき部品相互の位置関係が厳しく要求されている場合や、接合される部品の形状の制約から超音波溶着や振動溶着では接合できない場合があり、その場合には、発熱体を用いた熱溶着法によって接合している。
【０００３】
図５及び図６は、発熱体を用いた熱溶着法の一例を示し、図３は図５に対応した縦断面図を示し、接合される上部ケース２及び下部ケース１はいずれも熱可塑性樹脂の成形品である。
【０００４】
上部ケース２に設けられた溶着リブ３と、下部ケース１に設けられたループ状の溝部４の間に発熱体５を挟み込み、加圧しながら発熱体５にプローブ６を経由して電圧を印加しジュール熱で発熱体５を発熱させる。この発熱によって溶着リブ３と溝部４とを溶融させて結合させる。電圧を印加するプローブ６は、図５に示すように、２箇所で発熱体５に接している。発熱体５はループ状であり、プローブ６を除く全周で溝部４に埋設されている。
【０００５】
このような熱溶着による接合において、プローブ６の位置には制約が加わるものである。すなわち、発熱体５が発熱する際には全周が均一な温度で発熱しないと、溶融状態に偏差が生じ、位置精度が悪くなったり、樹脂の温度が上がり過ぎて変質し、溶着強度が低くなるなどの不具合が発生する場合がある。
【０００６】
これを図６に示す発熱体５が２本の線材７，８からなる場合で説明すると、第１の線材７と第２の線材８の周長、すなわち線材７，８の接触部９の２点間の長さに極端な差があると、２本の線材７，８の電気抵抗に差が生じる。このため、流れる電流にも差が生じ、結果として発熱量、温度にも差が生じることになる。線材の電気抵抗は、式３で示すように線材の長さに比例し、発熱量は式１または式２で示すように電流、電圧に比例する。
【０００７】
Ｑ＝ＥＩｔ        …式１
（式１中、Ｑは発熱量（Ｊ）、Ｅは電圧（Ｖ）、Ｉは電流（Ａ）、ｔは通電時間（秒）である。）
【０００８】
Ｑ＝０．２４×Ｅｌｔ  …（式２）
（式２中、Ｑは発熱量（cal）、Ｅは電圧（Ｖ）、Ｉは電流（Ａ）、ｔは通電時間（秒）である。）
【０００９】
Ｒ＝ρ×（Ｌ／Ｓ）  …（式３）
（式３中、Ｒは抵抗（Ω）、ρは比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌは線材の長さ（ｍ）、Ｓは線材の断面積（ｍ2）である。）
【００１０】
許容できる線材の周長差は１５％前後であるが、例えば図６の場合は第１の線材７の周長Ｌa＝７９ｍｍ、第２の線材８の周長Ｌb＝５４ｍｍであり、第１の線材７の方が約４５％長いため、電圧を印加すると第２の線材８の方が温度が高くなる。このことにより、溶融状態に偏差が生じ、位置精度が悪くなったり、樹脂の温度が上がり過ぎて変質し、溶着強度が低くなるなどの不具合が発生するものである。そして、このような溶着がなされた完成品としての現像剤プリセットケースでは、現像剤の密封性が不充分で現像剤の飛散などの不具合が発生したり、ケーシングのような構造体では位置精度不良や強度不足による変形が発生し、現像ユニットやプリンター、複写機において画像不良の要因となっている。
【００１１】
これに対し、特許文献１には、発熱体をリング状に形成し、リング状の発熱体に対する電圧印加点を長さに対して略１／２の２点として熱溶着する方法に記載されている。また、特許文献２には、リング状の発熱体の線長を偶数等分する部位を受電部として、発熱体の線長方向における発熱温度を均一化させることが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−４４２４６号公報
【特許文献２】特開平１１−１７９８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上の特許文献１及び２記載の技術を上述した図５及び図６に構造に適用した場合、発熱温度を均一にして良好な溶着品質を得るためには、第１の線材７と第２の線材８の周長を同じにする必要がある。このためには、プローブ６の位置も発熱体５を２等分あるいは偶数等分する位置に配置する必要がある。しかしながら、図５の仮想線で示すように上部ケース１０とプローブ６の位置とが干渉部１２で干渉する場合は、プローブ６をレイアウトできない場合が生じる。この場合はケース形状の見直し変更が発生し、最悪の場合は熱溶着法が採用できず、生産方式の見直しが必要な場合が生じる。
【００１３】
本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、プローブが発熱体を２等分や偶数等分する位置に配置できない場合でも、溶融状態に偏差が生じて位置精度が悪くなったり、樹脂の温度が上がり過ぎて変質して溶着強度が低くなるなどの不具合が発生しない熱溶着方法、熱溶着装置、溶着用発熱体、ケース体、現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１記載の発明は、一方の熱可塑性樹脂成形品の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品のループ状の溝部とによって発熱体を挟み込んで発熱させることにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する方法であって、周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより前記発熱体を形成し、前記２本の線材の接触部に電圧を印加することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、一方の熱可塑性樹脂成形品の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品のループ状の溝部とによって発熱体を挟み込んで発熱させることにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する装置であって、周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより前記発熱体を形成し、前記２本の線材の接触部にプローブが接触して電圧を印加することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記２本の線材は、材質が異なることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記２本の線材は、径が異なることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記２本の線材は、材質及び径が異なることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明は、一方の熱可塑性樹脂成形品の溶着リブと他方の熱可塑性樹脂成形品のループ状の溝部とによって挟み込まれた状態で発熱することにより２つの熱可塑性樹脂成形体を熱溶着する発熱体であって、周長が異なり且つ電気抵抗が略等しい２本の線材をループ状とすることにより形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の発明は、それぞれ熱可塑性樹脂成形品である２部品が、請求項１記載の熱溶着方法で一体化されたケース体において、一方の樹脂成形品に溶着リブを有し、他方の樹脂成形品に前記溶着リブに対面する溝を有し、その溝には周長の異なる２本の線材からなるループ状の発熱体が配置されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明は、それぞれ熱可塑性樹脂成形品である２部品が、請求項２から５のいずれか１項に記載の熱溶着装置で一体化されたケース体において、一方の樹脂成形品に溶着リブを有し、他方の樹脂成形品に前記溶着リブに対面する溝を有し、その溝には周長の異なる２本の線材からなるループ状の発熱体が配置されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の発明は、それぞれ熱可塑性樹脂成形品である２部品が一体化されたケース体において、一方の樹脂成形品に溶着リブを有し、他方の樹脂成形品に前記溶着リブに対面する溝を有し、その溝には請求項６記載の溶着用発熱体が配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項７から９のいずれか１項に記載のケース体を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の現像装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の熱溶着方法によれば、発熱体である２本の線材の電気抵抗が略等しく、均一な温度で発熱するため、樹脂成形品における溶着部の全周において均一な密封性、位置精度、溶着強度を得ることができる。
【００２６】
本発明の熱溶着装置によれば、発熱体である２本の線材の電気抵抗が略等しいため、均一な温度で発熱する。このため樹脂成形品の溶着部における全周において均一な密封性、位置精度、溶着強度を得ることができる。
【００２７】
本発明の溶着用発熱体によれば、２本の線材の電気抵抗が略等しいため、２本の線材の発熱量が略同等となる。このため、２つの樹脂成形品を均一に溶着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１〜図３は、本発明の一実施形態を示し、図１は平面図、図２は発熱体の平面図、図３は図１の縦断面図であり、図５及び図６と同一の部材には同一の符号を付してある。
【００２９】
この実施の形態では、下部ケース１と上部ケース２とを熱溶着により接合するものであり、上部ケース２には溶着リブ３が突出しており、下部ケース１には溶着リブ３が入り込むループ状の溝部４が形成されている。下部ケース１及び上部ケース２は、いずれも熱可塑性樹脂の成形品となっている。
【００３０】
熱溶着は、下部ケース１の溝部４と上部ケース２の溶着リブ３とによって発熱体５を挟み込み、この挟み込み状態で加圧しながら発熱体５に電圧を印加して発熱させることにより発熱させる。そして、発熱したジュール熱によって溶着リブ３と溝部４とを溶融させて結合させることにより接合を行う。発熱体５への電圧の印加は、プローブ６を介して行う。発熱体５は図１に示すように、プローブ６が接触する位置を除いた全周が溝部４に埋設されている。一方、プローブ６は溝部４から幾分ずれた位置で発熱体５と接触している。
【００３１】
発熱体５は図２に示すように、第１の線材７及び第２の線材８をループ状とすることにより構成されている。ループ状となった２本の線材７、８は２箇所の接触部９を有し、この接触部９にプローブ６が接触して電圧を印加するようになっている。２本の線材７、８は、周長が異なるが、電気抵抗が略等しくなるように構成されるものである。電気抵抗を略等しくするため、２本の線材７、８は材質が異なるか、径が異なるか、あるいは材質及び径が異なるように選択される。以下、この選択を具体的に説明する。
【００３２】
第１の線材７の周長Ｌa＝７９ｍｍ、第２の線材８の周長Ｌb＝５４ｍｍとした場合、２本の線材７、８は周長が約４５％異なる。第１の線材７及び第２の線材８の径が同じ場合には、これらの線材７、８の材質を異なるように選択することにより、２本の線材７、８の電気抵抗を略等しくするように調整する。この調整は、式４及び式５で示す関係式に基づいて行うものである。
【００３３】
ρa×（Ｌa／Ｓ）＝ρb×（Ｌb／Ｓ）…（式４）
（式４中、ρaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌaは第１の線材の長さ（ｍ）、ρbは第２の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌbは第２の線材の長さ（ｍ）、Ｓは線材の断面積（ｍ2）である。）
【００３４】
ρb＝ρa×（Ｌa／Ｌb）  …（式５）
（式５中、ρaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌaは第１の線材の長さ（ｍ）、ρbは第２の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌbは第２の線材の長さ（ｍ）である。）
【００３５】
例えば、第１の線材７の材質がＳＵＳ３０４の場合、ρa＝７１×１０-8［Ω・ｍ］であり、これを式５に代入して計算すると、式６に示すように、ρb＝１０４×１０-8［Ω・ｍ］となる。これは、ニクロム線の比抵抗ρb＝１１０×１０-8［Ω・ｍ］と概略同等であり、第１の線材７としてＳＵＳ３０４、第２の線材８としてニクロム線を使用することで、周長が異なっていても同じ電気抵抗が得られる。線材の材質としては、比抵抗ρ＝１７×１０-8［Ω・ｍ］の軟鋼もあり、線材の周長比により、これらの材質を適宜選択すればよい。例えば、２本の線材７，８の材質を軟鋼材とＳＵＳ３０４材にすることにより、略４倍の周長比であっても同じ電気抵抗とすることができる。これにより、２本の線材７，８からの発熱量が略等しくなる。
【００３６】
このように２本の線材７，８の電気抵抗が略等しく、均一な温度で発熱することにより、溶融状態に偏差が生じて位置精度が悪くなったり、樹脂の温度が上がり過ぎて変質して溶着強度が低くなるなどの不具合が発生することがなくなる。従って、上下ケース１，２における溶着部の全周において均一な密封性、位置精度、溶着強度を得ることができる。
【００３７】
ρb＝７１×１０-8×（７９／５４）＝１０４×１０-8…（式６）
【００３８】
この実施の形態では、２本の線材７，８の径を異ならせることにより、その電気抵抗を略等しくすることも可能である。この場合、２本の線材７，８の材質は同じとするものである。式７〜式１０はこの径の調整を示すものである。
【００３９】
ρ×（Ｌa／Ｓa）＝ρ×（Ｌb／Ｓb）  …（式７）
（式７中、ρは線材の直径（ｍｍ）、Ｌaは第１の線材の比抵抗、Ｓaは第１の線材の断面積（ｍ2）、Ｌbは第２の線材の長さ（ｍ）、Ｓbは第２の線材の断面積（ｍ2）である。）
【００４０】
Ｓb＝Ｓa×（Ｌb／Ｌa）  …（式８）
（式８中、Ｓbは第２の線材の断面積（ｍ2）、Ｓaは第１の線材の断面積（ｍ2）、Ｌaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌbは第２の線材の長さ（ｍ））である。）
【００４１】
Ｄb2＝Ｄa2×（Ｌb／Ｌa）  …（式９）
（式９中、Ｄbは第２の線材の直径（ｍｍ）、Ｄaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌbは第２の線材の長さ（ｍ）である。）
【００４２】
Ｄb＝Ｄa×（Ｌb／Ｌa）1/2  …（式１０）
（式１０中、Ｄbは第２の線材の直径（ｍｍ）、Ｄaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌaは第１の線材の比抵抗（Ω・ｍ）、Ｌbは第２の線材の長さ（ｍ））である。）
【００４３】
例えば、第１の線材７の周長Ｌa＝７９ｍｍ、第２の線材８の周長Ｌb＝５４ｍｍのとき、第１の線材７の直径φを０．５ｍｍとした場合、これを式１０に代入して計算することにより、式１１に示すように、Ｄb＝０．４１となる。従って、第２の線材８としては直径φ＝０．４ｍｍの線材を選択することにより、周長が異なっていても略同じ電気抵抗とすることができる。
【００４４】
Ｄb＝０．５×（５４／７９）1/2  ＝０．４１  …（式１１）
【００４５】
この実施の形態では、以上の式４、式５及び式７〜式１０を組合せて線材の材質及び径を個々に設定することも可能であり、これにより、周長が異なっていても略同じ電気抵抗とすることができ、発熱量を略等しくすることができる。
【００４６】
図４はこの実施の形態を適用して接合された成形品２１を示す。成形品２１は、ケーシング１３に対し、ケース１４が接合されることにより形成される。ケーシング１３にはスクリュー孔１７が形成されており、ケース１４には、このスクリュー孔１７に対応するスクリュー孔１６が形成されている。これらのスクリュー孔１６、１７は、搬送用に用いるものである。
【００４７】
ケーシング１３及びケース１４を上述した方法によって熱溶着することによりスクリュー孔１６、１７を高精度で同軸とすることができる。また、ケーシング１３及びケース１４の密封性や溶着強度を向上させることができる。このような成形品２１は、現像ユニット等の現像装置に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態の平面図である。
【図２】一実施形態に用いる発熱体の平面図である。
【図３】図１の縦断面図である。
【図４】成形品の一例を示す平面図及び縦断面図である。
【図５】従来技術によって溶着された成形品の平面図である。
【図６】従来技術に用いる発熱体の平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    下部ケース
２    上部ケース
３    溶着リブ
４    溝部
５    発熱体
６    プローブ
７、８    線材
９    線材の接触部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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