(57)【要約】【課題】樹脂部品を樹脂母材に短時間で溶着させることが可能な樹脂溶着装置を提供する。【解決手段】この樹脂溶着装置は、高周波誘導加熱される加熱鉄芯３と、電熱ヒータ１０と、加熱鉄芯３によって樹脂母材１の被溶着面を溶融させるとともに電熱ヒータ１０によって樹脂部品２の溶着面を溶融させた後、樹脂部品２を樹脂母材１に押圧して溶着させる駆動装置８，１３，１５とを備える。したがって、樹脂母材１の被溶着面を短時間で溶融させることができる。【選択図】        図１
2004338195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂母材に樹脂部品を溶着させる樹脂溶着装置であって、
所定形状の一端面を有する第１の金属部材、
前記第１の金属部材を高周波誘導加熱する第１の加熱手段、
前記第１の加熱手段によって加熱された前記第１の金属部材の一端面を前記樹脂母材の被溶着面に当接させて該被溶着面を溶融させ、溶融した被溶着面に前記樹脂部品を押圧して溶着させる駆動手段を備える、樹脂溶着装置。
【請求項２】
さらに、所定形状の一端面を有する第２の金属部材、および
前記第２の金属部材を高周波誘導加熱する第２の加熱手段を備え、
前記駆動手段は、前記第２の加熱手段によって加熱された前記第２の金属部材の一端面を前記樹脂部品の溶着面に当接させて該溶着面を溶融させ、前記樹脂母材の溶融した被溶着面に前記樹脂部品の溶融した溶着面を押圧して溶着させる、請求項１に記載の樹脂溶着装置。
【請求項３】
さらに、所定形状の一端面を有する第２の金属部材を備え、
前記第１の加熱手段は、さらに前記第２の金属部材を高周波誘導加熱し、
前記駆動手段は、前記第１の加熱手段によって加熱された前記第２の金属部材の一端面を前記樹脂部品の溶着面に当接させて該溶着面を溶融させ、前記樹脂母材の溶融した被溶着面に前記樹脂部品の溶融した溶着面を押圧して溶着させる、請求項１に記載の樹脂溶着装置。
【請求項４】
前記第１の加熱手段は、
前記第１の金属部材を加熱するための第１のコイル、
前記第１のコイルと直列または並列に接続され、前記第２の金属部材を加熱するための第２のコイル、および
前記第１および第２のコイルに高周波電力を供給する高周波電源を含む、請求項３に記載の樹脂溶着装置。
【請求項５】
さらに、前記第１および第２の金属部材の間に設けられ、前記第１および第２の金属部材に固定された断熱部材を備える、請求項３または請求項４に記載の樹脂溶着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は樹脂溶着装置に関し、特に、樹脂母材に樹脂部品を溶着させる樹脂溶着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大型の樹脂母材に小型の樹脂部品を溶着させる場合は、樹脂母材の被溶着面を電熱ヒータで溶融させるとともに樹脂部品の溶着面を電熱ヒータで溶融させた後、樹脂部品の溶着面を樹脂母材の被溶着面に押圧して溶着させていた。
【０００３】
また、薄い樹脂表皮部材同士を溶着させる場合は、２枚の樹脂表皮部材を１対の溶着用電極で挟んで高周波電力を印加し、２枚の樹脂表皮部材を溶融させて溶着させていた（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−０７９７８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、樹脂母材の被溶着面を電熱ヒータで加熱すると、熱が被溶着面の周囲に伝導し、昇温速度が遅くなって樹脂部品１つ当りの溶着に必要な時間が長くなるという問題があった。電熱ヒータを大型・大容量のものにすることによって昇温速度を速くすることも考えられるが、溶着面積が小さい場合はそのような大型・大容量の電熱ヒータを設置する場所がない場合も多い。
【０００６】
また、上記１対の溶着用電極で挟む方法は、大型の樹脂母材に小型の樹脂部品を溶着させる場合に適用することができない。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、樹脂部品を樹脂母材に短時間で溶着させることが可能な樹脂溶着装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る樹脂溶着装置は、樹脂母材に樹脂部品を溶着させる樹脂溶着装置であって、所定形状の一端面を有する第１の金属部材と、第１の金属部材を高周波誘導加熱する第１の加熱手段と、第１の加熱手段によって加熱された第１の金属部材の一端面を樹脂母材の被溶着面に当接させて被溶着面を溶融させ、溶融した被溶着面に樹脂部品を押圧して溶着させる駆動手段とを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、さらに、所定形状の一端面を有する第２の金属部材と、第２の金属部材を高周波誘導加熱する第２の加熱手段とが設けられる。駆動手段は、第２の加熱手段によって加熱された第２の金属部材の一端面を樹脂部品の溶着面に当接させて溶着面を溶融させ、樹脂母材の溶融した被溶着面に樹脂部品の溶融した溶着面を押圧して溶着させる。
【００１０】
また好ましくは、さらに、所定形状の一端面を有する第２の金属部材が設けられ、第１の加熱手段は、さらに第２の金属部材を高周波誘導加熱する。駆動手段は、第１の加熱手段によって加熱された第２の金属部材の一端面を樹脂部品の溶着面に当接させて溶着面を溶融させ、樹脂母材の溶融した被溶着面に樹脂部品の溶融した溶着面を押圧して溶着させる。
【００１１】
また好ましくは、第１の加熱手段は、第１の金属部材を加熱するための第１のコイルと、第１のコイルと直列または並列に接続され、第２の金属部材を加熱するための第２のコイルと、第１および第２のコイルに高周波電力を供給する高周波電源とを含む。
【００１２】
また好ましくは、さらに、第１および第２の金属部材の間に設けられ、第１および第２の金属部材に固定された断熱部材が設けられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による樹脂溶着装置の構成を示すブロック図である。図１において、この樹脂溶着装置は、大型・厚肉（厚さ５ｍｍ以上）の樹脂母材１の所定位置表面にパイプジョイントのような小型の樹脂部品２を溶着させるものである。すなわち、樹脂母材１の所定位置には、所定寸法の貫通孔１ａが開口されている。樹脂部品２は、パイプの下端部にリング状のフランジ２ａを設けたものである。樹脂部品２のフランジ２ａの下端面が樹脂母材１の貫通孔１ａの周囲のリング状の被溶着面に溶着される。
【００１４】
樹脂母材１の被溶着面の加熱には、加熱鉄芯３が用いられる。加熱鉄芯３は、円柱状の鉄芯の上端面に環状の溝を形成したものであり、環状の溝内には高周波誘電加熱用コイル４が収納されている。加熱鉄芯３とコイル４は電気的に絶縁されている。加熱鉄芯３の下端面は、樹脂に対する離型性の向上を図るため、セラミックコーティングが施されている。加熱鉄芯３の所定位置には温度センサ５が設けられている。
【００１５】
コイル４は、電力供給線を介して高周波電源６の出力端子に接続されている。高周波電源６は、温度センサ５からの信号および制御装置７からの信号に基づいて、加熱鉄芯３が所定温度（たとえば３５０℃）になるようにコイル４に高周波電力を供給する。
【００１６】
また、加熱鉄芯３は、断熱部材（図示せず）を介して駆動装置８のＬ字型のアーム８ａの先端に固定されている。駆動装置８は、制御装置７によって制御されてアーム８ａを昇降させるとともに所定角度だけ回転させ、樹脂母材１の被溶着面に加熱鉄芯３を載置して被溶着面を溶融させた後、加熱鉄芯３を被溶着面から所定位置に退避させる。
【００１７】
他方、樹脂部品２のフランジ２ａの下端面の加熱には、通常の電熱ヒータ１０が用いられる。電熱ヒータ１０には、温度センサ１１が設けられている。温調装置１２は、温度センサ１１からの信号および制御装置７からの信号に基づいて、電熱ヒータ１０が所定温度になるように電熱ヒータ１０に商用交流電力を供給する。
【００１８】
また、電熱ヒータ１０は、断熱部材（図示せず）を介して駆動装置１３のＬ字型のアーム１３ａの先端に固定されている。駆動装置１３は、制御装置７によって制御されてアーム１３ａを昇降させるとともに所定角度だけ回転させ、樹脂部品２のフランジ２ａの下端面に電熱ヒータ１０を当接させてフランジ２ａの下端面を溶融させた後、電熱ヒータ１０をフランジ２ａの下端面から所定位置に退避させる。
【００１９】
樹脂部品２は、駆動装置１５のアーム１５ａの先端に設けられたホルダ１４に保持される。駆動装置１５は、制御装置７によって制御されてアーム１５ａを昇降させ、溶融したフランジ２ａの下端面を溶融した樹脂母材１の被溶着面に押圧させて樹脂部品２を樹脂母材１に溶着させる。
【００２０】
次に、この樹脂溶着装置の動作について説明する。まず、高周波電源６によって加熱鉄芯３が所定温度に昇温されるとともに、温調装置１２によって電熱ヒータ１０が所定温度に昇温される。また、樹脂母材１が所定位置に固定されるとともに、樹脂部品２がホルダ１４に保持される。
【００２１】
次いで、昇温された加熱鉄芯３が駆動装置８によって樹脂母材１の被溶着面に載置されるとともに、昇温されたヒータ１０が駆動装置１３によって樹脂部品２のフランジ２ａの下端面に当接される。所定時間の経過後、図２（ａ）に示すように、加熱鉄芯３および電熱ヒータ１０が駆動装置８，１３によって所定位置に退避させられる。このとき、樹脂母材１の貫通孔１ａの周囲の被溶着面は溶融し、樹脂部品２のフランジ２ａの下端面は溶融している。
【００２２】
次いで図２（ｂ）に示すように、駆動装置１５によって樹脂部品２のフランジ２ａの下端面が樹脂母材１の被溶着面に押圧され、樹脂部品２が樹脂母材１に溶着される。樹脂が冷却され硬化した後、図２（ｃ）に示すように、駆動装置１５によって樹脂部品２からホルダ１４が抜き取られて溶着工程が終了する。
【００２３】
この実施の形態１では、加熱鉄芯３を高周波誘導加熱によって昇温させ、昇温した加熱鉄芯３によって樹脂母材１の被溶着面を溶融させる。したがって、数ＫＷ以上のエネルギを加熱鉄芯３に瞬時に印加することができ、加熱鉄芯３を高速で昇温させて樹脂母材１の被溶着面を高速に溶融させることができる。樹脂母材１の溶融点が３５０℃程度と高い場合でも、この方法では加熱鉄芯３を４００〜５００℃程度に容易に昇温させることができる。よって、電熱ヒータで樹脂母材１の被溶着面を溶融させる場合に比べ、樹脂部品２を樹脂母材１に短時間で溶着させることができる。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は、この発明の実施の形態２による樹脂溶着装置の構成を示すブロック図である。図３を参照して、この樹脂溶着装置が図１の樹脂溶着装置と異なる点は、電熱ヒータ１０、温度センサ１１および温調装置１２が加熱鉄芯２０、コイル２１、温度センサ２２および高周波電源２３で置換されている点である。加熱鉄芯２０は円柱状の鉄芯の下端面に環状の溝を形成したものであり、コイル２１は環状の溝内に収納されている。加熱鉄芯２０とコイル２１は、電気的に絶縁されている。加熱鉄芯２０の上端面には、樹脂に対する離型性の向上を図るため、セラミックコーティングが施されている。温度センサ２２は、加熱鉄芯２０の所定位置に設けられている。
【００２５】
コイル２１は、電力供給線を介して高周波電源２３の出力端子に接続されている。高周波電源２３は、温度センサ２２からの信号および制御装置７からの信号に基づいて、加熱鉄芯２０が所定温度になるようにコイル２１に高周波電力を供給する。加熱鉄芯２０は断熱部材（図示せず）を介して駆動装置１３のＬ字型のアーム１３ａの先端に固定されている。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるのでその説明は繰返さない。
【００２６】
この実施の形態２では、樹脂部品２も高周波誘導加熱された加熱鉄芯２０で溶融させるので、処理時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００２７】
［実施の形態３］
図４は、この発明の実施の形態３による樹脂溶着装置の構成を示すブロック図である。図４を参照して、この樹脂溶着装置が図３の樹脂溶着装置と異なる点は、断熱部材２４が追加され、高周波電源２３および駆動装置１３が除去されている点である。断熱部材２４は、たとえばセラミックで形成されている。断熱部材２４は加熱鉄芯３と２０の間に設けられ、加熱鉄芯３，２０はともに断熱部材２４に固定されている。断熱部材２４は、駆動装置８のＬ字型のアーム８ａの先端に固定されている。コイル４，２１および温度センサ５，２２は、高周波電源６に接続されている。高周波電源６は、温度センサ５，２２からの信号および制御装置７からの信号に基づいて、コイル４，２１に高周波電力を供給する。コイル４，２１は、図５に示すように、高周波電源６の出力端子６ａ，６ｂ間に直列接続されていてもよいし、図６に示すように、高周波電源６の出力端子６ａ，６ｂ間に並列接続されていてもよい。
【００２８】
次に、この樹脂溶着装置の動作について説明する。まず、高周波電源６によって加熱鉄芯３，２０が所定温度に昇温され、樹脂母材１が所定位置に固定されるとともに、樹脂部品２がホルダ１４に保持される。
【００２９】
次いで、駆動装置８によって加熱鉄芯３，２０および絶縁部材２４からなる加熱ユニットが樹脂母材１の被溶着面に載置されるとともに、駆動装置１５によって樹脂部品２のフランジ２ａの下端面が加熱鉄芯２０の上端面に当接される。所定時間の経過後、駆動装置１５によって樹脂部品２が上方に移動されるとともに、駆動装置８によって加熱鉄芯３，２０および断熱部材２４が所定位置に退避させられる。このとき、樹脂母材１の貫通孔１ａの周囲の被溶着面が溶融し、樹脂部品２のフランジ２ａの下端面は溶融している。
【００３０】
次に、駆動装置１５によって樹脂部品２のフランジ２ａの下端面が樹脂母材１の被溶着面に押圧され、樹脂部品２が樹脂母材１に溶着される。樹脂が冷却され硬化した後、駆動装置１５によって樹脂部品２からホルダ１４が抜き取られて溶着工程が終了する。
【００３１】
この実施の形態３では、２つのコイル４，２１で高周波電源６を共用するとともに２つの加熱鉄芯３，２０で駆動装置８を共用するので、装置構成の簡単化を図ることができる。
【００３２】
図７は、この実施の形態３の変更例を示すブロック図である。図７を参照して、この樹脂溶着装置が図４の樹脂溶着装置と異なる点は、加熱鉄芯２０およびコイル２１が加熱鉄芯２５およびコイル２６で置換されている点である。コイル２６は加熱鉄芯２５の外部に設けられており、コイル２６の内径はコイル４の内径よりも大きい。コイル２６と加熱鉄芯２５の電磁誘導結合は、コイル４と加熱鉄芯３の電磁誘導結合よりも疎にされている。したがって、加熱鉄芯２５への印加エネルギを加熱鉄芯３への印加エネルギよりも小さくすることができ、加熱鉄芯２５のオーバーヒートを防止することができる。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る樹脂溶着装置では、所定形状の一端面を有する第１の金属部材と、第１の金属部材を高周波誘導加熱する第１の加熱手段と、第１の加熱手段によって加熱された第１の金属部材の一端面を樹脂母材の被溶着面に当接させて被溶着面を溶融させ、溶融した被溶着面に樹脂部品を押圧して溶着させる駆動手段とが設けられる。したがって、樹脂母材の被溶着面を短時間で溶融させることができ、樹脂部品を樹脂母材に短時間で溶着させることができる。
【００３５】
好ましくは、さらに、所定形状の一端面を有する第２の金属部材と、第２の金属部材を高周波誘導加熱する第２の加熱手段とが設けられ、駆動手段は、第２の加熱手段によって加熱された第２の金属部材の一端面を樹脂部品の溶着面に当接させて溶着面を溶融させ、樹脂母材の溶融した被溶着面に樹脂部品の溶融した溶着面を押圧して溶着させる。この場合は、樹脂部品の溶着面も短時間で溶融させることができ、処理時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００３６】
また好ましくは、さらに、所定形状の一端面を有する第２の金属部材が設けられ、第１の加熱手段は、さらに第２の金属部材を高周波誘導加熱する。駆動手段は、第１の加熱手段によって加熱された第２の金属部材の一端面を樹脂部品の溶着面に当接させて該溶着面を溶融させ、樹脂母材の溶融した被溶着面に樹脂部品の溶融した溶着面を押圧して溶着させる。この場合は、第１および第２の金属部材を１つの加熱手段で加熱するので、装置構成の簡単化を図ることができる。
【００３７】
また好ましくは、第１の加熱手段は、第１の金属部材を加熱するための第１のコイルと、第１のコイルと直列または並列に接続され、第２の金属部材を加熱するための第２のコイルと、第１および第２のコイルに高周波電力を供給する高周波電源とを含む。この場合は、第１および第２のコイルで１つの高周波電源を共用するので、装置構成の簡単化を図ることができる。
【００３８】
また好ましくは、さらに、第１および第２の金属部材の間に設けられ、第１および第２の金属部材に固定された断熱部材が設けられる。この場合は、第１および第２の金属部材を１つの駆動手段で移動させることができるので、装置構成の簡単化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による樹脂溶着装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した樹脂溶着装置の動作を説明するための断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による樹脂溶着装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３による樹脂溶着装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示した２つのコイルへの電力供給方法を例示する回路ブロック図である。
【図６】図４に示した２つのコイルへの電力供給方法を例示する他の回路ブロック図である。
【図７】実施の形態３の変更例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  樹脂母材、１ａ  貫通孔、２  樹脂部品、２ａ  フランジ、３，２０，２５  加熱鉄芯、４，２１，２６  コイル、５，１１，２２  温度センサ、６，２３  高周波電源、７  制御装置、８，１３，１５  駆動装置、８ａ，１３ａ，１５ａ  アーム、１２  温調装置、２４  断熱部材。
【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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