(57)【要約】【課題】本発明は、接合面が平坦でなくとも接合が可能で、接合強度等の信頼性が高く、安価に接合する方法、並びに防水性及び防塵性に優れた接合体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、電熱線と、該電熱線が通電され発熱した際に溶融される樹脂部材とからなる電熱溶着体であって、前記電熱線は前記樹脂部材に被覆されてなる電熱溶着体を提供する。また、前記電熱溶着体が通電及び発熱により溶融されて、被接合材の一対の接合部間に挟み込まれてなる接合体を提供する。また、前記電熱溶着体を、被接合材の一対の接合部間に挟ませ、次いで前記電熱溶着体が圧力を受ける方向に前記接合部を加圧しつつ、前記電熱溶着体における電熱線に通電して発熱させる接合方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電熱線と、該電熱線が通電され発熱した際に溶融される樹脂部材とからなる電熱溶着体であって、前記電熱線は前記樹脂部材に被覆されてなることを特徴とする電熱溶着体。
【請求項２】
通電及び発熱によって被接合材を接合するための、請求項１記載の電熱溶着体。
【請求項３】
前記電熱線が、電熱溶着体の断面略中央部に位置するように前記樹脂部材に被覆される、請求項１又は２記載の電熱溶着体。
【請求項４】
前記樹脂部材が、前記被接合材における一対の接合部と同一材質である、請求項２又は３記載の電熱溶着体。
【請求項５】
前記樹脂部材が、ホットメルト素材である、請求項１〜４の何れかに記載の電熱溶着体。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の電熱溶着体が通電及び発熱により溶融されて、被接合材の一対の接合部間に挟み込まれてなることを特徴とする接合体。
【請求項７】
前記電熱溶着体が、樹脂からなる前記被接合材の一対の接合部とともに溶融されて、該接合部間に一体的に埋め込まれてなる、請求項６記載の接合体。
【請求項８】
請求項１〜５の何れかに記載の電熱溶着体を、被接合材の一対の接合部間に挟ませ、次いで前記電熱溶着体が圧力を受ける方向に前記接合部を加圧しつつ、前記電熱溶着体における電熱線に通電して発熱させることを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合面が平坦でなくとも接合が可能で、接合強度等の信頼性の高い、安価な接合方法、防水性及び防塵性に優れた接合体並びにその接合に供する電熱溶着体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、接着剤を使用せずに樹脂部材同士を接合させる種々の方法が開発されている。その例としては、超音波溶着、振動溶着、熱版溶着等の溶着接合法や、防水・防塵等のために電子部品等をプラスチックで全体を覆う封止成形による接合方法等が挙げられる。
【０００３】
しかし、溶着接合法では、一般に、（１）被接合材の接合面に平坦性が必要であること、（２）特に大型の成形品を作製する場合に高価な設備費用が必要であること、（３）接合強度の信頼性が低いこと、等の問題がある。一方、封止成形による接合方法では、成形収縮による応力集中で割れ（クラック）が発生するという欠点がある。特に、封止成形するための被覆部材が大型になると、割れの発生が顕著である。
【０００４】
また、樹脂からなる被接合材同士の接合において、電熱線への通電及び発熱を介して行う電熱溶融（エレクトロ・フージョン；ＥＦ接合）に関する技術もある。このような電熱溶融の技術は、水道管接合の分野において２０数年前から使用されている。従来の鉄製配管では、錆の発生や地震時の地盤の歪みで接合部分が破壊される問題があったことから、現在では鉄製に代わりポリエチレン製配管が普及している。この接続には、ニクロム線等の電熱線を内側に巻いたソケットが使用されており、パイプ挿入後に電熱線を通電することにより溶着を行っている。この方法によって、接着しにくいポリエチレン管の接合を短時間で信頼性の高いものにしている。
【０００５】
その他にも、電熱線を利用して被接合材を接合する技術がある。例えば、実開昭３４−１９７７４号公報には、ポリエチレン線内部にニクロム線を連通して一連の線条を形成したポリエチレン管の接続用溶接線が開示されている（特許文献１）。また、実開昭３５−５４７４号公報には、鉄線又はニクロム線等の電熱線の金属線の金網テープ上にプラスチック被覆を設けたプラスチック製品融着用テープが開示されている（特許文献２）。また、特開昭５７−３３４８０号公報には、ホットメルト樹脂円筒状成形体を内面に付設した熱可塑性樹脂短管の該ホットメルト樹脂層内に導電性の金属製網状物を埋設した管接手が開示されている（特許文献３）。しかし、これらの技術では、接合強度や接合の簡易性等の面で満足した効果が得られない。
【０００６】
また、特許第３０５３７８６号公報や特許第２９３７３１１号公報には、密封された樹脂製ケースの熱溶着方法、熱可塑性樹脂の熱溶着方法が開示されている（特許文献４及び５）。この技術は、何れも抵抗発熱体を直接被接合材であるケースに当接し、該ケース同士を溶着するものである。しかし、これらの公報に記載の発熱体としての電熱線のみによる方法では、（１）枠を形成する場合に剛性を得る（枠の形状を維持する）ために、高コストの電熱線を太くする必要があること、（２）電熱線同士が接近した場合にショートのおそれがあること、（３）線を太くする必要から自在な形状ができない（一筆書きが前提）、という問題がある。
【０００７】
ところで、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気で動く自動車には、モーター、バッテリー、インバータ・コンバータ等が搭載され、これらの機器をつなぐケーブルとコネクタには確実な防水性能が要求される。自動車には機器を収納するスペースが限られているため、通常の防水構造では実現ができず、コネクタと電線や銅板製バスバーを、封止成形といわれる金型に鋳込む射出成形の方法をとってコンパクト化を図っている。しかし、成形収縮によって樹脂で覆われた外装部分は、応力集中で大きさによっては割れが発生する場合があるため、防水性としての信頼性を欠く。また、封止成形では、一般的でない縦型成形機を必要とし、設備費がかかり自動化困難という問題がある。
【０００８】
また、自動車エンジン用エアインテーク・マニホールドは、アルミニウム・ダイキャスト製が現在主流となっているが、軽量化・コストダウン・機能の向上・組立ラインでの作業性の向上などを図るために、最近プラスチックが採用されている。しかし、マニホールドは特殊な形状をしているため、ロストコア法や振動溶着法により製造されているものの、ロストコア法では設備・製造コストが高く、振動溶着法では接合面の平坦性が必要であり、設計の自由度も低いという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】
実開昭３４−１９７７４号公報
【特許文献２】
実開昭３５−５４７４号公報
【特許文献３】
特開昭５７−３３４８０号公報
【特許文献４】
特許第３０５３７８６号公報
【特許文献５】
特許第２９３７３１１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、接合面が平坦でなくとも接合が可能で、接合強度等の信頼性が高く、安価に接合する方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、防水性及び防塵性に優れた接合体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ＥＦ接合の原理を応用すべく鋭意研究した結果、電熱線を用いた特定部材を、被接合材の一対の接合部間に挟ませ加圧しながら電熱線に通電して溶着接合させることにより、前記目的を達成し得ることの知見を得た。
【００１３】
本発明は、前記知見に基づきなされたもので、電熱線と、該電熱線が通電され発熱した際に溶融される樹脂部材とからなる電熱溶着体であって、前記電熱線は前記樹脂部材に被覆されてなることを特徴とする電熱溶着体を提供するものである。本発明の電熱溶着体は、かかる構成からなるものであるため、接合面が平坦でなくとも接合が可能で、接合強度等の信頼性も高く、しかも安価な接合を可能としたものである。また、本発明の電熱溶着体では、高コストの電熱線を太くする必要がなく、電熱溶着体同士が接近した場合（特に外周を一周し、スタート部とエンド部が接近した場合）でもショートのおそれがなく、特に線幅が細い場合には自在な形状に被接合材の接合面に埋め込まれる等により接合が可能である。
【００１４】
また、本発明は、通電及び発熱によって被接合材を接合するための、前記電熱溶着体を提供するものである。かかる構成による本発明によれば、特に被接合材の接合強度を高め、安価で簡便な接合が可能である。
【００１５】
また、本発明は、前記電熱線が、電熱溶着体の断面略中央部に位置するように前記樹脂部材に被覆される、前記電熱溶着体を提供するものである。かかる構成による本発明によれば、接合面のズレを防止でき、特に接合強度等の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記樹脂部材が、前記被接合材における一対の接合部と同一材質である、前記電熱溶着体を提供するものである。かかる構成による本発明によれば、被接合材との一体的な溶着を可能とし、接合強度等の信頼性を一層高めることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記樹脂部材が、ホットメルト素材である、前記電熱溶着体を提供するものである。かかる構成による本発明によれば、同一材質の部材間及び異種材質の部材間の何れについても、溶着性を向上させ、接合強度等の信頼性を一層高めることができる。
【００１８】
また、本発明は、前記電熱溶着体が通電及び発熱により溶融されて、被接合材の一対の接合部間に挟み込まれてなることを特徴とする接合体を提供するものである。本発明の接合体は、かかる構成からなるものであるため、接合強度が高く、防水性及び防塵性に優れ、高い信頼性を有するものである。
【００１９】
また、本発明は、前記電熱溶着体が、樹脂からなる前記被接合材の一対の接合部とともに溶融されて、該接合部間に一体的に埋め込まれてなる、前記接合体を提供するものである。かかる構成による本発明によれば、特に防水性及び防塵性の向上を可能としたものである。
【００２０】
また、本発明は、前記電熱溶着体を、被接合材の一対の接合部間に挟ませ、次いで前記電熱溶着体が圧力を受ける方向に前記接合部を加圧しつつ、前記電熱溶着体における電熱線に通電して発熱させることを特徴とする接合方法を提供するものである。本発明の接合方法は、かかる構成からなるため、平坦でない接合面の接合をも可能とし、接合強度等の信頼性を高め、安価な接合を可能とし、さらに優れた防水性及び防塵性を有する接合体の形成を可能としたものである。また、本発明の接合方法では、有機溶剤を使用しないため、溶剤型接着剤のような環境問題がなく、住宅施工に応用した場合でもシックハウス症状が引き起こされることもない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電熱溶着体並びに該電熱溶着体を用いた接合体及び接合方法について、それらの好ましい実施形態に基づいて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
〔電熱溶着体〕
本発明の電熱溶着体は、その一実施形態として、図１に示す電熱溶着体１が提供される。この電熱溶着体１について、被接合材を接合する使用例を示しながら説明する。尚、図１は、電熱溶着体１の使用例として接合体１０を形成する際の状態を分解して示す斜視図である。図２は、電熱溶着体１により被接合材を接合する際の状態（通電発熱前）を示す概略断面図である。図３は、電熱溶着体１により被接合材を接合する際の状態（通電発熱後）を示す概略断面図である。図４は、電熱溶着体１を用いて形成された接合体１０としての容器を示す斜視図である。
【００２３】
本実施形態の電熱溶着体１は、図１に示すように、該電熱溶着体１により接合させる対象の被接合材４（上ケース４ａ及び下ケース４ｂ）とは別個独立したものである。そして、電熱溶着体１は、図２に示すように、電熱線２としてのニクロム線と、該ニクロム線が通電され発熱した際に溶融される軟質プラスチックからなる樹脂部材３とにより構成されたものである。尚、被接合材４も、軟質プラスチックからなるものである。即ち、樹脂部材３は、被接合材４と同一材質のものである。
【００２４】
電熱溶着体１の幅方向の断面中央部には、電熱線２としてのニクロム線が、樹脂部材３により一部挿入溝を有して被覆されている（図２参照）。このように、電熱溶着体１は、ニクロム線を内部に含むものであるため、それ自体一定の長さを有する線状（棒状）のものであるが、被接合材４の接合面に合わせた（調和した）形状を有している（図１参照）。このように、電熱溶着体１は、被接合材の形状に応じて所望の形状に変形することが可能である。尚、この被接合材４の接合面には、得ようとする接合体１０の防水性・防塵性や接合強度等を高めるために、電熱溶着体１の形状に合わせた溝６が設けられている。
【００２５】
また、電熱溶着体１の幅方向の断面は、図２に示すように、略正六角形状であり、そのうち任意の一辺に既述の挿入溝が設けられている。かかる挿入溝は、電熱線２としてのニクロム線の幅よりやや大きい程度の幅を有するもので、予め電熱線２が存しない樹脂部材３に電熱線２を入れるためのものである。電熱溶着体１は、このような形状を有するため、それ自体容易に作製できるものである。
【００２６】
電熱溶着体１は、その電熱線２としてのニクロム線に通電してこれを発熱させることによって被接合材４である上ケース４ａと下ケース４ｂとを接合させるものである。この接合に際しては、電熱溶着体１は、後述の接合方法に好適に適用される。
【００２７】
〔接合方法〕
本発明の接合方法は、その一実施形態として、前述した電熱溶着体１を、被接合材４である上ケース４ａ及び下ケース４ｂ夫々の接合面の間に挟ませ、次いで電熱溶着体１が圧力を受ける方向に該接合面を加圧しつつ、電熱溶着体１における電熱線２としてのニクロム線に通電して発熱させる接合方法が提供される。
【００２８】
本実施形態の接合方法において、電熱溶着体１を上ケース４ａの接合面と下ケース４ｂの接合面との間に挟ませる際には、両接合面における溝６に電熱溶着体１が嵌合するようにして行う。このとき、図２に示す状態となる。
【００２９】
また、電熱溶着体１に対して加圧する際には、被接合材４に適した所望の加圧装置（図示せず）を用いて行うことができる。この際、図３に示すように、電熱線２としてのニクロム線への通電を行いながら、該通電によるニクロム線の発熱と略同時に、上ケース４ａと下ケース４ｂの各側から矢印の方向に圧力Ｐをかける。圧力Ｐの大きさは、得ようとする接合体１０としての容器に適した所望の値が適宜設定される。
【００３０】
電熱線２としてのニクロム線への通電は、図１に示すコントローラ５を用いて行われる。コントローラ５は、適量の電気を送るための装置であり、電熱溶着体１の内部のニクロム線に任意の２箇所（＋極側と−極側）で配線を介して接続されている。
【００３１】
そして、コントローラ５からニクロム線に電気を通電することにより、発熱したニクロム線の影響を受けて電熱溶着体１の樹脂部材３が溶融する。このとき、上ケース４ａ及び下ケース４ｂ夫々の接合面も、樹脂部材３の溶融熱の影響を受けて溶融する。この溶融の状態下において、既述のように圧力も加えられる。
【００３２】
コントローラ５による通電の条件は、ニクロム線の発熱による樹脂部材３及び被接合材４の加熱溶融温度等に応じて適宜設定される。
【００３３】
このようにして、上ケース４ａ及び下ケース４ｂと同一材質（軟質プラスチック）の電熱溶着体１は、図３に示すように、上ケース４ａ及び下ケース４ｂにおける溶融された両接合面の間に溶着し、一体的に埋め込まれる（一体化する）。
【００３４】
〔接合体〕
本発明の接合体は、その一実施形態として、前述した電熱溶着体１が通電及び発熱により、軟質プラスチックからなる被接合材４としての上ケース４ａ及び下ケース４ｂ夫々の接合面とともに溶融されて、該接合面の間に一体的に埋め込まれてなる接合体１０としての容器（完成品）を提供するものである。
【００３５】
本実施形態の接合体１０は、図４に示す外観を有するものであり、前述した電熱溶着体１を用いて所定の接合を行ったものであるため、高い接着強度を有し、防水性及び防塵性に優れたものである。
【００３６】
〔変更形態〕
以上、本発明について、その好ましい実施形態に基づいて詳述したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜形態を変更することは可能である。
【００３７】
本発明の電熱溶着体の樹脂部材の構成素材としては、前述した実施形態のように被接合材と同一材質とする他、異種材質のものを使用することもできる。
また、樹脂部材の材質種類としては、前述した実施形態のように軟質プラスチック素材やその他のホットメルト素材を使用することができる。本発明の電熱溶着体は被接合材とは別個独立したものであるため、例えば、樹脂部材の材質としてホットメルト素材を用いた場合には、該電熱溶着体自体が接着剤としての役目を果し、異種間材料の接合も可能となる。
樹脂部材としてホットメルト素材を使用した本発明の電熱溶着体によれば、有機ガスの発生がないため、住宅機器分野の住宅内装工事にも適用が可能である。
尚、被接合材に電熱線を直接埋め込む方法も考えられるが、大きな成形品や接合面が平坦でない場合には、本発明の電熱溶着体のように別個独立のものとは異なり、自動化し難いという欠点がある。
【００３８】
また、本発明の電熱溶着体を構成する樹脂部材としては、軟質プラスチックやホットメルト素材以外のエンジニアリングプラスチック等を用いることもできる。
また、本発明の電熱溶着体を構成する電熱線としては、ニクロム線以外のものを用いることもできる。
【００３９】
また、本発明の電熱溶着体は、その形状に特に制限されず任意であり、例えば、シート状、太線状、細線状その他の形状とすることが可能である。また、本発明の電熱溶着体が線状の場合には、その幅方向断面を、丸、四方形その他の形状とすることも可能である。
【００４０】
また、前述のような電熱線を被覆する樹脂部材の挿入溝を有さず、電熱線の周囲全てが樹脂部材によって被覆されているものであってもよい。この電熱線の全周囲が樹脂部材で被覆されてなる本発明の電熱溶着体の場合には、例えば、電熱線と樹脂部材とを押し出し成形等による一体成形により得ることができる。
【００４１】
また、本発明の接合方法では、被接合材の連続的な広い面積の部分を接合することや、非連続的に被接合材の数ヶ所を同時に接合することも可能である。
【００４２】
〔応用分野〕
本発明の電熱溶着体、接合方法及び接合体は、特殊な装置を用いず容易に確実な接合が可能で、さらに接合面が平坦でない複雑なものでも接合が可能あるため、種々の分野に適用可能である。特に、電気・自動車関連機器分野、例えば、自動車エンジン用エアインテーク・マニホールド部材、電気自動車やハイブリッド自動車用向けの高圧大電流用コネクタ部材、ケーブル部材等の用途に好ましく適用される。とりわけ、防水機能が要求される電気・自動車関連機器分野への適用が好適である。また、本発明は、電気・自動車関連機器以外にも、既述の住宅機器分野や、その他の種々の産業分野に広範に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、接合面が平坦でなくとも接合が可能で、接合強度等の信頼性が高く、安価に接合する方法を提供することができる。また、本発明によれば、防水性及び防塵性に優れた接合体を提供することができる。さらに、本発明によれば、これらの接合方法及び接合体に供する優れた電熱溶着体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電熱溶着体に係る一実施形態の使用例として容器を形成する際の状態を分解して示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の電熱溶着体に係る一実施形態により被接合材を接合する際の状態（通電発熱前）を示す概略断面図である。
【図３】図３は、本発明の電熱溶着体に係る一実施形態により被接合材を接合する際の状態（通電発熱後）を示す概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の電熱溶着体に係る一実施形態を用いて形成された接合体としての容器を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…電熱溶着体，２…電熱線（ニクロム線），３…樹脂部材，４…被接合材，４ａ…上ケース，４ｂ…下ケース，５…コントローラ，６…溝，１０…接合体（容器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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