(57)【要約】【課題】低コストで強度信頼性の高い熱可塑性樹脂成形品の溶着方法を提案する。【解決手段】複数の熱可塑樹脂製成形品を、発熱体となる部材に通電し加熱することで、溶着する方法において、少なくとも片側の成形品に予め発熱体となる部材を内在させておき、これと当接する成形品に設けた凸部で発熱体に向けて加圧し、同時に発熱体に通電し加熱することで当接しあう成形品を溶着させることを特徴とする溶着方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の熱可塑樹脂製成形品を、発熱体となる部材に通電し加熱することで、溶着する方法において、少なくとも片側の成形品に予め発熱体となる部材を内在させておき、これと当接する成形品に設けた凸部で発熱体に向けて加圧し、同時に発熱体に通電し加熱することで当接しあう成形品を溶着させることを特徴とする溶着方法。
【請求項２】
発熱体を内在させた成形品には、両端を成形品に固定されて発熱体が露出した電極部を有していることを特徴とする請求項１の溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，自動車部品及び家電製品用途の成形品の溶着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、樹脂成形品の溶着工法としては、幾つかの工法が挙げられるが、従来より使用される熱板加熱、熱風加熱、超音波加熱と言った加熱方法で樹脂の表面を加熱した後に樹脂同士を加圧する方法が一般的である。しかし、溶着により高い剛性が要求される場合などは振動溶着法、熱線溶着工法と言った連続した溶着面が設けられる溶着工法が用いられる。振動溶着工法は各成形品を相互に振動、加圧させることで樹脂が溶融し密着する工法であるが、特殊な溶着装置と製品を固定する治具が必要となり、投資額が大きく、コスト的に十分な量産数量が必要となる場合がある。特に大型製品になるに従い装置コスト及び治具コストが高価となる問題がある。一方、熱線溶着工法は、各成形品の間に発熱線を挟んで、加圧と同時に発熱体に通電し加熱することで樹脂を溶融密着させる工法であり、電気的制御装置と電極及び各成形品の位置決めし加圧する治具が必要となるが、これらの費用は振動溶着に比べ安価である。特に成形品が１５００ｃｍ２以上の大型成形品の場合は、この投資額の差が更に大きくなることが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の熱線溶着工法は装置や治具の投資額が小さくなる一方で種々の問題点がある。まず、発熱体の固定や成形品の合わせに難があり、大型成形品では工数や信頼性に問題があった。又、振動溶着、熱線溶着共に溶着部の幅が溶着強度に寄与するのに対して、熱線溶着の場合は発熱体に断面を奪われる為に溶着部幅をより大きく取る必要があった。つまり、同じスペースで確保できる強度が小さいという問題があった。この問題は大型成形品に限ることではなく、すべてのサイズで同じ事が言える。
【０００４】
更に熱線溶着工法では熱線が製品内に残るために若干の問題が残る場合がある。実際の製品では単一材料で部品が構成されることは殆ど無いためリサイクル上は大きな影響はないが、例えば重量の問題や金属の介在が通信等の電波の阻害要因となる場合が考えられる。
本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、低コストで溶着強度の高い溶着方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次のものに関する。
（１）複数の熱可塑樹脂製成形品を、発熱体となる部材に通電し加熱することで、溶着する方法において、少なくとも片側の成形品に予め発熱体となる部材を内在させておき、これと当接する成形品に設けた凸部で発熱体に向けて加圧し、同時に発熱体に通電し加熱することで当接しあう成形品を溶着させることを特徴とする溶着方法。
（２）発熱体を内在させた成形品には、両端を成形品に固定されて発熱体が露出した電極部を有していることを特徴とする（１）の溶着方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の熱可塑樹脂製成形品の材料は、熱可塑性樹脂であれば特に限定されるものではないが、溶着しあう複数の成形品については相互が相溶性を持つことが望ましい。特に請求項１の場合は相溶性を持つことが必須となる。成形品の形状とサイズは限定するものでは無いが相互に当接しあう面を有し、この面に対し垂直方向に加圧力が加えられることが必要である。この面とはリブの先端面も含めて表現されるものである。
【０００７】
例えば片方の成形品に設けられたリブの先端が相手成形品の面に当接し、この面がリブに対して９０°〜３０°程度で有れば、溶着に必要な垂直方向の面圧は確保できる。発熱体の材料としては、導電性材料であれば特に限定するものではないが、金属材料が望ましく、鋼線又はステンレス線がより望ましい。形状は配策や溶着に適するものであれば良いが、一般には円形断面を有する線材が使用し易い。又、発熱体はフォーミングする場合も少なくは無く、この場合は平板材や帯状材料の方が打ち抜きやプレス加工に適しており、より有効なことがある。本発明の発熱体は成形品の中に埋め込まれる必要があり、インサート成形によりこれを行う。前述の複数の成形品うち少なくとも片側の成形品にはこの発熱体をインサート成形することになる。成形方法は熱可塑性樹脂の成形方法であれば加工可能であり、射出成形、プレス成形等で行うことができる。
【０００８】
例えば射出成形の場合は、射出成形金型に発熱体となる部材を型内に固定した後に樹脂を型内に充填し成形する工程をとる。尚、発熱体となる部材は、発熱部の両端に電極となる露出部を設ける必要があるが、本発明においては、成形型で発熱体を挟持する構造をとることで、成形品から発熱体が露出した部分を設けることができる。これにより両端を成形品に固定されて発熱体が露出した電極部を設けることができる。
【０００９】
一方、発熱体を内在する部分に当接する相手側部分に対しては、凸部を設けておく。そして各成形品には発熱体を内在する部分に凸部が正確に位置決めされるよう、当てリブ等を設けておくことも好ましい。ただし溶着時に製品固定用治具を用いる場合は、必ずしも当てリブは必要ではない。ここで、発熱体がインサートされる成形品と凸部を有する成形品は別々の成形品である必要はなく、各成形品が発熱体インサート部と凸部を持ち合わせていて相互の発熱体インサート部と凸部が当接し合う構造も可能である。凸部の幅は発熱体の幅よりも大きくとることが好ましい。凸部の高さは溶着代に関連するが、溶着代を管理するために凸部の両脇又は片脇に或いは発熱体を内在する部分の両脇又は片脇に別の当て凸部を設けて溶着代を制御することが好ましい。この場合、凸部と当て凸部の高さの差が溶着代となり、この溶着代を一般的に０．５〜２ｍｍ程度に設定すれば良い。
【００１０】
本発明の請求項２及び３の場合は、これ以上の高さにすることが考えられるが、発熱体の厚みの０．５〜２倍とするのが好ましい。発熱体を内在する成形品と凸部を有した成形品を当接させ、加圧する場合は、一般には成形品の固定治具を用意しておき、生産性を上げると同時に、不適な変形やひずみを避けたり精度を確保できるようにする。又、集中的に溶着部を加圧できるように、発熱体付近或いは凸部の背面部に対して治具側から凸形状で押すことも効果的である。加圧方法はクランプのように樹脂やゴムの弾性変形による応力を利用する方法もあるが、圧力シリンダーを用いる方法が連続した加圧や加熱タイミングとの同調制御には適している。通電は電圧と電流の印加を制御できる装置を介して、前述の電極部から行われる。
【００１１】
この通電により発熱部が発熱し、続いて周辺樹脂が溶融していき、加圧力により凸部が接合面付近で流動し融合し合い、さらに連続する加圧により、発熱体を押し込む力となり、凸部が相手成形品に入り込む形態をとることができる。ここで樹脂圧が逃げないように発熱体の両脇に壁となる凸部を設けておくことが好ましい。この凸部は前述の当て凸部と兼ねることができるので、この当て凸部は溶着安定性と高強度溶着の両方に有効となる。以上により接合部の溶融と加圧が十分となったと略同時に通電及び通電制御を停止することで、溶融部が冷却硬化し溶着強度が得られる。
【００１２】
【実施例】
以下，本発明を実施例に基づいて説明するが，本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
まず、発熱体は軟鋼線のφ２をプレス加工にて予め図のようにフォーミングしておき、これを射出成形型にインサートしてガラス入りＰＰ樹脂で射出成形することで成形品Ａを得る。発熱体の端末はａ及びｂで成形品から露出した状態としておき、この部分を電極とした。この成形品Ａには当て凸部ｃを設けてあり、溶着高さ一定にできるようにしてある。又、この凸部の高さは１．５ｍｍとした。次に相手側の凸部ｄを有する成形品Ｂを成形品Ａと同じガラス入りＰＰ樹脂で射出成形により得る。この凸部ｄの高さは３ｍｍ、幅は３ｍｍとした。続いて成形品ＡとＢを当接させるが、このとき、各成形品を固定する治具を用意しておき、さらにこの治具は加圧できるようにプレス機にセッティングしておいた。又この固定治具は溶着部が先当たりする形状とした。この後、プレス機で加圧を行うと同時に電極ａとｂから電圧と電流の印加を制御できる装置を介して、通電した。加熱は制御装置によりＰＰの分解温度を超えない加熱状態を継続させ、凸部ｄが溶融し沈み込み、当て凸部ｃが相手成形品に突き当たる時点で停止し、冷却後に加圧を停止した。治具より取り出し、成形品ＡとＢが溶着部全周に渡って同じ溶着高さの強度の高い溶着品を得た。
【００１３】
実施例２
まず、実施例１において発熱体はプレス加工にて予め図のようにフォーミングしておき、これを射出成形型でインサート成形するときに矢視Ｄの個所で発熱体を露出する形状としておいた。これにより電極が固定され、プローブ接触等の生産的接点を得られると同時に製品上の発熱体露出の製品安全性や外観的問題を解決できる。即ち線材の端末がエッジとなった状態で製品から突出することを回避することができるため傷つけたり外観を損なうことが無い。勿論、これを避けるために伴う後加工が発生することが無い。
【００１４】
【発明の効果】
本発明により、低コストで信頼性が高く、溶着強度の高い、熱可塑性樹脂成形品の溶着が可能となった。熱可塑性樹脂が多用される家電製品及び自動車部品で、特に設備投資の大きい大型成形品の溶着分野において多大な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１の発熱体
【図２】本発明実施例１の成形品Ａ
【図３】本発明実施例１の成形品Ｂ
【図４】本発明実施例１の加圧、通電構造の概要
【図５】本発明実施例１の電極部断面
【図６】本発明実施例２の発熱体
【図７】本発明実施例２の成形品
【図８】本発明実施例２の電極部断面（電極ｅ断面）
【図９】本発明実施例２の電極部側面図
【符号の説明】
１．発熱体ａ                  ２．成形品Ａ
３．成形品Ｂ                  ４．電極ｃ
５．電極ｄ                    ６．凸部
７．当て凸部                  ８．固定治具Ａ
９．固定治具Ｂ              １０．加圧シリンダ
１１．装置側電極端子ｆ      １２．通電制御装置
１３．成形品Ｃ              １４．発熱体ｂ
１５．電極ｅ                １６．装置側電極端子ｇ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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