(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂で成形された成形品同士の接合面に断面偏平形状の抵抗発熱体を挟み込み、この抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させることにより接合面の溶融を図り、更に接合面間に面圧をかけて接合面同士を熱溶着する方法に用いられる抵抗発熱体において、
前記抵抗発熱体の断面形状を長手方向に沿って欧文字のＬ字状又はＵ字状又はＶ字状又は半円形状又はこれらの倒立形状又は前記Ｌ字状にあっては左右が逆転した形状又は単又は複数の山形又は波形に形成すると共に前記成形品の接合面において、前記抵抗発熱体と接する面形状を前記抵抗発熱体の断面形状に沿った形状に形成して成ること、を特徴とする熱溶着用抵抗発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂で成形された成形品同士の接合面に抵抗発熱体を挟み込み、この抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させることにより接合面の溶融を図り、更に接合面間に面圧をかけて接合面同士を熱溶着する際に用いられる熱溶着用抵抗発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂による成形品は外装部品として広く用いられており、特に近年は寸法精度や剛性が必要な機能性部品、たとえば自動車のインテークマニホールドやコピー機のシャーシなど従来は金属を使用していた部品を代替するまでに至っている。
【０００３】
また、前記の樹脂製機能部品には、製品の軽量化、高機能化、コストダウンのため、薄肉軽量化を図りながら高剛性を発揮することが求められている。
【０００４】
この解決方法の一つとして、抵抗発熱体自体にも、従来の溶着するための機能だけではなく、成形品を高剛性体として成立させるための機能が求められている。
【０００５】
熱可塑性樹脂で成形されたお互いの成形品を接合する方法の一つとして、その接合面に電気抵抗に基づく抵抗発熱体を挟み込み、成形品を適宜な力で押圧しながら前記抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させ、その熱で接合面の樹脂を溶融し、その後、電圧の印加を止めて冷却することにより溶融した樹脂を冷却硬化させて成形品同士を溶着する熱溶着方法に用いられる抵抗発熱体が特許文献１に紹介されている。
【０００６】
ここで紹介されている抵抗発熱体の場合、その一例として、溶着強度を高めるためにこの抵抗発熱体に孔を設け、この孔を経由して被溶着体の樹脂が強固に結合するようにしている。
【０００７】
又、特許文献２には抵抗発熱体と、該抵抗発熱体を被覆する樹脂部材からなる抵抗発熱溶着体を用いて被溶着体の接合強度を高める発明が紹介されている。さらに該抵抗発熱体は樹脂部材に被覆されることで該抵抗発熱体が溶着部位の中央部に位置し、接合面のズレを防止して、特に接合強度等の信頼性を向上させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−５９０５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２９９３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし乍ら、前記した特許文献１において、溶着強度を高めるため図１３に示すように発熱体１００に孔１０１を設けた場合、この孔１０１を経由しての溶着による溶着強度の向上は見込めるが、通常使用される発熱体１００は、溶着が終った後はただの挟雑物として接合面内に残り、この部分では溶着が無く、強度不足の原因となることから、溶着強度を高めるために発熱体１００が偏平な場合には、その幅は可能な限り小さく設定されている。
【００１０】
例えば、通常の発熱体１００の場合、その幅は０．５〜２．０ｍｍであり、ここに孔１０１を設ける場合、この孔１０１の直径は０．２〜１．０ｍｍが限度となるが、特にこの幅の小さい発熱体１００の場合は、孔１０１の直径は極めて小径となり、孔１０１を形成した効果は極めて小さくなると共に、孔１０１の形成部には曲げ応力が集中するためここにおいて剛性強度の低下を招いてしまう。
【００１１】
また、発熱体１００に孔１０１が設けてあると、この孔１０１の両サイドの発熱体１００の断面積は孔１０１の無い部分に比較して数分の１となり、この孔１０１の部分における発熱量は、電気発熱の特性から孔１０１の無い部分に比較して高温となり、この温度ムラは樹脂の溶融にばらつきを発生させ、結果的に溶着強度の低下につながってしまう。
【００１２】
また、特許文献２の抵抗発熱体においては、抵抗発熱体を被覆する樹脂は溶融温度が８０℃〜１７０℃のホットメルト材であり、抵抗発熱体の発熱により溶融したホットメルト材は接合面に広がって固着するだけである。
【００１３】
前記ホットメルト材を介した溶着の場合、ホットメルト材の溶融温度以上まで加熱するとホットメルト材の分解や焼きつきが発生する。このため被溶着物の溶融温度、たとえばナイロン６６樹脂の場合その溶融温度である２６０℃まで加熱することは到底困難なため、このナイロン６６樹脂のような高融点樹脂の場合には、被溶着材自体は溶融されないことから、強固な熱溶着を望むことはできない。
【００１４】
本発明の目的は、被溶着物の剛性を高め、更に溶着強度を高めることができる熱溶着用抵抗発熱体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、熱可塑性樹脂で成形された成形品同士の接合面に断面偏平形状の抵抗発熱体を挟み込み、この抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させることにより接合面の溶融を図り、更に接合面間に面圧をかけて接合面同士を熱溶着する方法に用いられる抵抗発熱体において、前記抵抗発熱体の断面形状を長手方向に沿って欧文字のＬ字状又はＵ字状又はＶ字状又は半円形状又はこれらの倒立形状又は前記Ｌ字状にあっては左右が逆転した形状又は単又は複数の山形又は波形に形成すると共に前記成形品の接合面において、前記抵抗発熱体と接する面形状を前記抵抗発熱体の断面形状に沿った形状に形成して成ることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果は次のとおりである。
【００１７】
本発明によると、抵抗発熱体の長手方向に沿って剛性補強手段を一体に形成したことにより、従来の断面形状が円形や矩形であったものに比較して、同じ断面積であっても約１．５〜３倍の曲げ強度を有する。
【００１８】
このため、本発明に係る抵抗発熱体を用いることにより、抵抗発熱体の曲げ強度向上分はそのまま被溶着物の曲げ強度に付加されるため、確実に製品の剛性アップを図ることが可能となる。
【００１９】
また、抵抗発熱体の曲げ強度を被溶着物の強度に合成して設計強度を設定すれば、被溶着物のさらなる薄肉化、軽量化を実現できる。
【００２０】
さらに、前記抵抗発熱体は、剛性補強手段を一体に形成したことにより、抵抗発熱体の被溶着物に対するアンカー効果が大きくなり、被溶着物の一体化によって剛性が高まる。
【００２１】
また断面Ｕ字又はＶ字又は山形又は波形形状の剛性補強手段を一体成形した抵抗発熱体においては、一方の被溶着物側の溶着リブが抵抗発熱体の凹部内に完全に嵌合した状態で溶着を行うため、他方の被溶着物側に形成した溶着溝の中央に抵抗発熱体が位置決めされ、溶着強度の信頼性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】剛性補強手段を一体形成した断面Ｌ字状抵抗発熱体の説明図。
【図２】Ａ−Ａ’線断面図。
【図３】図１の抵抗発熱体の組み付け例の説明図であって、（Ａ）は組み付け前、（Ｂ）は組み付け後、（Ｃ）は溶着後の被溶着物の説明図。
【図４】Ｂ−Ｂ’線断面図。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）溶着工程の説明図。
【図６】（Ａ）〜（Ｇ）抵抗発熱体の説明図。
【図７】２等分割された抵抗発熱体の説明図。
【図８】抵抗発熱体及び被溶着物にネジ孔を設けた形態の説明図。
【図９】（Ａ）〜（Ｅ）断面Ｕ字形状の抵抗発熱体の溶着工程の説明図。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）従来の抵抗発熱体を用いた試験体の説明図。
【図１１】（Ｃ）（Ｄ）本発明の抵抗発熱体を用いた試験体の説明図。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）各種断面から成る試験体の片持ち先端集中荷重の説明図。
【図１３】孔を設けた公知の抵抗発熱体の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、熱可塑性樹脂で成形された成形品同士の接合面に抵抗発熱体を挟み込み、この抵抗発熱体に電圧を印加して発熱させることにより接合面の溶融を図り、更に接合面間に面圧をかけて接合面同士を熱溶着するもので、対象となる熱可塑性樹脂の種類としては次のようなものを挙げることができる。
【００２４】
ＡＢＳ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＣ、ＰＯＭ、ＰＭＭＡ、ＰＢＴ、ＡＢＳとＰＣのアロイ、ＰＰＳ、ＰＰＡ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、ＰＡなどの熱可塑性樹脂が代表例として挙げられるが、これについても限定するものではない。また、ガラスフィラー入り等の強化材を樹脂に混合したものにも適用が可能である。
【００２５】
抵抗発熱体の材料としては、ＳＵＳ、ＳＥＣＣ、ＳＰＣＣ、ＮＣＨＷ等が代表例として挙げられるがこれに限定するものではない。
【００２６】
抵抗発熱体は、上記例示した材質の平板材をプレス加工、又はフープ材をロールフォーミング等で形成する。
【実施例１】
【００２７】
図１は本発明に係る抵抗発熱体の実施形態を表すもので、この抵抗発熱体１は、プレス加工により溶着部の輪郭形状と一致する平面形状を呈し、その断面は図２に示すように平坦部１ａの周縁を垂直方向に立ち上げて剛性補強手段としてのリブ１ｂを形成した断面Ｌ字型を呈している。材質はＳＵＳ３０４で、板厚は１．０ｍｍ、平坦部１ａの幅２．０ｍｍ、リブ１ｂの高さ２．０ｍｍ、内側に突出した給電部２、２ａの板幅は５．０ｍｍ、突出長さは８ｍｍ、である。
【００２８】
なお、抵抗発熱体１の断面形状は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すＵ字型、（Ｃ）に示す左右が逆のＬ字型、（Ｄ）に示すＶ字型、（Ｅ）に示す倒立Ｕ字型、（Ｆ）に示す波又は山形、（Ｇ）に示す上向き半円型等となるように形成し、これらを用いることで剛性が高まる。
【００２９】
上記実施例の抵抗発熱体１は平面視一体型抵抗発熱体１であるのに対し、図７は給電部２、２ａ間で抵抗発熱体１を２等分割した例である。分割された抵抗発熱体１は、１体型抵抗発熱体１に比べて形状に自由度が大きく、プレス成形時に発生する材料の廃棄ロスが少ない利点がある。
【００３０】
図８は発熱体１の任意の位置にネジ孔１７が形成され、熱溶着後にタッピングスクリュー１８などによるネジの締め付けを可能とした例である。
【００３１】
以上に説明した抵抗発熱体１の断面形状の選択と、給電部２、２ａの配置は、溶着部の形状、材質、要求強度などに合わせて最適となるように選定する。
【００３２】
次に、図１、２に示した抵抗発熱体１を用いて行う熱溶着工程を図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４並びに図５（Ａ）〜（Ｅ）に基づいて説明する。
【００３３】
図３は樹脂成形品を熱溶着する形態の説明図であって、（Ａ）は被溶着物１０、１２の溶着面に抵抗発熱体１を組み付ける前の状態、（Ｂ）は抵抗発熱体１を組み付けた状態、（Ｃ）は溶着が完了した状態、図４は溶着が完了した図３（Ｃ）において、Ｂ−Ｂ’線で切断した断面、図５（Ａ）〜（Ｅ）は溶着工程を示すものである。
【００３４】
この図３〜図５において、１０は下面にリブ１１を形成した被溶着部材Ａ、１２は上面に溶着溝１３を形成した被溶着部材のＢ、１４は被溶着部材Ｂに設けた電極１６、１６ａの挿入孔、１５は給電部２、２ａの突き出し用切り欠きである。
【００３５】
図５（Ａ）〜（Ｅ）に示す溶着工程においては、被溶着部材Ｂ１２はテーブル上（図示せず）に固定され、被溶着部材Ａ１０は上下動する可動部材（図示せず）に固定される。そして、被溶着部材Ｂ１２の溶着面には凹状の溶着溝１３が形成され、被溶着部材Ａ１０側には前記溶着溝１３に上方から侵入できる寸法の溶着リブ１１が形成されている。
【００３６】
溶着に際しては（Ａ）のようにテーブル上の被溶着部材Ｂ１２の溶着溝１１内に抵抗発熱体１を組み付け、給電部２、２ａには図外の給電装置に接続された電極１６、１６ａが結ばれ、（Ｂ）に示すように抵抗発熱体１に対する給電と同時又は先行して可動部材を下降させて被溶着部材Ａ１０側の溶着リブ１１の先端を溶着溝１３内の抵抗発熱体１に溶着リブ１３の先端を押しつけることにより、抵抗発熱体１の熱でこの抵抗発熱体１に接している溶着リブ１１及び溶着溝１３の部分の樹脂が溶融を開始する（Ｃ）。
【００３７】
この溶融の進行に合わせて可動部材を更に下降させて、面圧をかけることにより溶融した樹脂ａは（Ｃ）に示すように溶着リブ１１と溶着溝１３の隙間内に侵入し、（Ｄ）に示すように所定の溶融した樹脂が接合面全体に拡散したところで給電が止る。
【００３８】
この給電が止ると、抵抗発熱体１及び溶融した樹脂ａが急激に冷却し、（Ｅ）に示すように最終的な溶着部ａ’が形成され、被溶着部材Ａ１０とＢ１２は結合される。
【００３９】
なお、以上に説明した給電タイミング及び被溶着部材Ａ１０の下降、停止のタイミングは制御回路により自動制御した。
図９（Ａ）〜（Ｅ）は、断面がＵ字状の抵抗発熱体を用いた溶着工程であって、この工程の説明は前記した図５（Ａ）〜（Ｅ）で説明した工程と同一のため、ここでの説明は省略する。
【比較例】
【００４０】
溶着品の強度を確認するため、平板２枚を熱溶着した試験片を用いて、曲げ応力によるたわみ試験を行い（Ｎ＝５）の平均値を求めた。
【００４１】
本比較例に用いた抵抗発熱体は、図１０（Ａ）（Ｂ）及び図１１（Ｃ）（Ｄ）に示すように、材質と長さ、断面積が同一で断面形状だけが異なる４種類である。
１．抵抗発熱体の断面形状  図１０（Ａ）矩形（アスペクト比０．３３）
（Ｂ）矩形（アスペクト比０．７５）
図１１（Ｃ）Ｌ型
（Ｄ）Ｕ型
２．断面積                ３平方ミリメートル
３．断面寸法        図１０（Ａ）ｔ＝１．０ｍｍ Ｗ＝３．０ｍｍ
（Ｂ）ｔ＝１．５ｍｍ Ｗ＝２．０ｍｍ
図１１（Ｃ）ｔ＝０．８ｍｍ Ｗ＝２．３ｍｍ Ｈ＝２．３ｍｍ
（Ｄ）ｔ＝０．５ｍｍ Ｗ＝２．０ｍｍ Ｈ＝２．５ｍｍ
４．抵抗発熱体の材質          ＳＵＳ３０４
５．被溶着物１０、１２の材質  ポリカーボネート
６．被溶着物１０、１２の寸法  １０ｍｍ×１０２０ｍｍｔ＝２．０ｍｍ
７．試験方法                  片持ち集中荷重
片持ち梁Ｌ＝１００ｍｍ 先端荷重＝１０Ｎ
【００４２】
たわみ試験の結果を図１２に示す。図１２（Ａ）（Ｂ）は、断面が矩形の抵抗発熱体を使った溶着試験片図１０（Ａ）（Ｂ）の曲げ強度を示し、先端部のたわみは（Ａ）１９．５ｍｍ、（Ｂ）１４．４ｍｍであった。
【００４３】
同様にして、本発明に係る剛性補強手段を形成した抵抗発熱体１の試験結果を図１２（Ｃ）（Ｄ）に示す。この結果から、本発明を実施した抵抗発熱体１の場合、たわみ強度が大幅に向上したことが判る。
【００４４】
以上の比較例の結果を表１に示す。この表１で明らかなように、抵抗発熱体単体の変形量は、断面矩形（Ｂ）と比較してそのたわみ（変形）量は断面Ｌ型（Ｃ）が約５７％、断面Ｕ型（Ｄ）は約３２％である。被溶着物を抵抗発熱体１で溶着一体化した試験片の変形量は、断面矩形（Ｂ）と比較して断面Ｌ型（Ｃ）が約６５％、断面Ｕ型（Ｄ）は約５０％であった。この結果から本発明の抵抗発熱体を用いることで溶着部分の強度が大きく向上することが確認できた。
【００４５】
【表１】
0005342572.tif 000002
【符号の説明】
【００４６】
１ 抵抗発熱体
２、２ａ 給電部
１０ 被溶着部材Ａ
１１ 溶着リブ
１２ 被溶着部材Ｂ
１３ 溶着溝
１４ 給電用穴孔
１５、１５ａ 給電用切欠
１６、１６ａ 給電用電極
【図１】
0005342572.tif 000003
【図２】
0005342572.tif 000004
【図３】
0005342572.tif 000005
【図４】
0005342572.tif 000006
【図５】
0005342572.tif 000007
【図６】
0005342572.tif 000008
【図７】
0005342572.tif 000009
【図８】
0005342572.tif 000010
【図９】
0005342572.tif 000011
【図１０】
0005342572.tif 000012
【図１１】
0005342572.tif 000013
【図１２】
0005342572.tif 000014
【図１３】
0005342572.tif 000015