(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗発熱体に対して交流電圧を印加することによりこの抵抗発熱体を発熱させ、この熱で熱可塑性樹脂成形品に形成した変形部を溶融することにより、被固定物を前記熱可塑性樹脂成形品に固定する熱溶着方法において、前記抵抗発熱体に対する電圧印加部を２ヶ所となし、この２ヶ所の電圧印加部から交互に電圧を印加して前記抵抗発熱体を均一に発熱させてから前記変形部を溶融する熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法。
【請求項２】
電圧の印加を切り替える時、次の電圧の印加まで０．１秒から１．０秒の時間遅れを設定して行う請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法。
【請求項３】
電圧の印加により、抵抗発熱体が溶融温度まで昇温した後、この抵抗発熱体を変形部に押し当てて溶融する請求項１及び請求項２に記載の熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法。
【請求項４】
抵抗発熱体から後方に向けて等間隔に電極片を４ヶ所形成し、この電極片において対向する電極片同士を一対として電圧印加ブロックＡとＢを形成したこと、前記電圧印加ブロックＡとＢに対して交互に電圧を印加する通電切換回路を設けたこと、を特徴とする熱可塑性樹脂成形品の熱融着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂成形品と他部材（被固定物）とを固定する際、熱可塑性樹脂成形品の一部に変形部を形成し、この変形部を熱で溶融して変形させることにより、前記成形品に被固定物をかしめ留めする熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性樹脂で成形された成形品に被固定物を固定する場合、先ず、成形品に一体成形された熱溶着用ボスを被固定物側に貫通して形成した固定孔へ通し、次に、この固定孔から突き出た熱溶着用ボスの変形部に熱溶着用溶融ヘッド（以下「溶融ヘッド」と称す）の当接面を押し付けて加熱し、更に、その熱で変形部を溶融して固定孔の直径より大きい直径からなる溶融した膨大部を形成し、この膨大部を冷却硬化して成形品に被固定物をかしめ留めする熱溶着方法が一般的である。
【０００３】
この熱溶着方法において、変形部の溶融に用いられる溶融ヘッドとしては、電圧を印加して電気的抵抗によりジュール熱を発生させる発熱体（以下「抵抗発熱体」と称する）を用いると良い熱溶着精度が得られ且つコントロールも容易に行うことができる。
さらに、溶融した変形部を冷却する方法として、変形部の溶融後、抵抗発熱体の内部に冷却用エアーを吹きかけることにより、溶融した変形部を短時間で硬化することができる。
【０００４】
一方、抵抗発熱体における当接面の面積が広い場合、電流の流れる方向が一方向であれば電圧印加部間の中心部分が他の部分に比べて高温になり、よって当接面において温度分布が不均一になる場合がある。このような抵抗発熱体を用いて溶着作業を行った場合、変形部を加熱しても均一に溶融されず、例えば、変形部の中心部分が溶融温度を超えて加熱されたりするため、変形部はその中心部分において熱分解を発生し、それ以外の部位は逆に溶融温度に達しないと云う現象が発生して所望する膨大部を形成できなかったり、所望するかしめ強度が得られなかったり、膨大部の仕上がりが良くないと云った現象が発生する時がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、抵抗発熱体の当接面の面積が広い場合でも全面において均一に発熱することにより、強度的、外観的に満足する膨大部を形成することができる熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法及びその装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題
（目的）を達成するため、請求項１に記載の発明においては、熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法おいて、抵抗発熱体に対して交流電圧を印加することによりこの抵抗発熱体を発熱させ、この熱で熱可塑性樹脂成形品に形成した変形部を溶融することにより、被固定物を前記熱可塑性樹脂成形品に固定する熱溶着方法において、前記抵抗発熱体に対する電圧印加部を２ヶ所となし、この２ヶ所の電圧印加部から交互に電圧を印加して前記抵抗発熱体を均一に発熱させてから前記変形部を溶融することを特徴とするものである。
【０００７】
更に、請求項２に記載の発明においては、請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法において、電圧の印加を切り替える時、次の電圧の印加まで０．１秒から１．０秒の時間遅れを設定して行うことを特徴とするものである。
【０００８】
更に、請求項３に記載の発明においては、請求項１及び請求項２に記載の電圧の印加により、抵抗発熱体が溶融温度まで昇温した後、この抵抗発熱体を変形部に押し当てて溶融することを特徴とするものである。
【０００９】
更に、請求項４に記載の発明においては、抵抗発熱体から後方に向けて等間隔に電極片を４ヶ所形成し、この電極片において対向する電極片同士を一対として電圧印加ブロックＡとＢを形成したこと、前記電圧印加ブロックＡとＢに対して交互に電圧を印加する通電切換回路を設けたこと、を特徴とするものである。
【００１０】
【作用】
請求項１及び４に記載の熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法及び装置においては、抵抗発熱体に対して２ヶ所の電圧印加ブロックＡ及びＢを設け、電圧の印加をブロックＡとブロックＢに対して交互に行う。このようにして電圧の印加を行うと、抵抗発熱体において、電流の流れる方向が２通り生じる。従って、最高温度部分が各々異なり、結果として抵抗発熱体全体の温度差が小さくなって均一な温度分布を得ることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載した熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法においては、電圧印加ブロックＡと電圧印加ブロックＢに対して交互に電圧を印加する時に、次回電圧の印加までの間隔を０．１秒から１．０秒の時間遅れが発生するように設定した。つまり、電圧印加ブロックＡに電圧を印加している時は、電圧印加ブロックＢは電圧印加停止の状態である。次に、電圧印加ブロックＡは電圧印加停止へ、電圧印加ブロックＢは電圧印加へと移行するが、電圧印加ブロックＢへの電圧印加を０．１秒から１．０秒遅らせることにより、この時間遅れの間に最高温度部から他の部分への熱伝導が行われて抵抗発熱体において温度分布の均一化を図ることができる。
【００１２】
次に、電圧印加ブロックＢへの電圧印加時間が経過した後電圧印加ブロックＡへも同様に時間遅れを制御しながら電圧の印加を行う。
しかし、間隔が０．１秒より短い場合、前記したような熱伝導が充分に行われない状態で次の発熱に移ってしまうため温度分布の均一化が得られない場合がある。
また、間隔が１．０秒より長い場合は、抵抗発熱体が温度上昇しても次の電圧印加までの時間が長いため温度が降下していまい、溶融温度まで達しない場合がある。これらの現象から、溶着に際しては、樹脂の種類、変形部の大きさ等により、最適の遅れ時間に制御される。
【００１３】
さらに、請求項３に記載した熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法においては、請求項１及び請求項２記載の電圧印加が終了してから抵抗発熱体を変形部に押し当てて溶融させるため、温度上昇中に成形品に熱をうばわれることなく抵抗発熱体が均一な温度分布になる。その結果、変形部において熱分解や溶融不充分な部分が発生することなく均一に溶融して所望する膨大部（熱溶着）を得ることができる。
【００１４】
【実施例１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４による熱可塑性樹脂の溶着方法及び装置の実施例について、各図面を参考に説明する。
図１は本実施例に用いる溶融ヘッドの分解斜視図、図２は溶融ヘッドの主要部品である抵抗発熱体１０を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は背面図、図３は溶融ヘッドの要部組立図、図４は溶融ヘッド１の完成図、図５は図４におけるＡ−Ａ部断面図である。
【００１５】
本発明に用いる溶融ヘッド１は、熱可塑性樹脂成形品の溶着ボス（変形部）を２カ所同時に加熱溶融する時に用いるものである。図１において溶融ヘッド１の要部部品である抵抗発熱体１０について詳細に説明すると、材料はステンレスを用い、発熱部１１のみ肉厚は０．３ｍｍ、他の部分は発熱が不要であるため肉厚は０．６mmである。形状は図２の正面図である（Ａ）に示す様に長方形から成り、この抵抗発熱体１０の発熱部１１には間隔をあけて２カ所に半円形状の窪みを有する溶着チップ１２が形成されている。抵抗発熱体１０の背面は図２の（Ｂ）に示す様に抵抗発熱体１０の外周が後方に９０°折り曲げてあり、この折り曲げた外周はスリット３０により左右と上下に夫々分割されていて、左右のものが電極片２０ａ、２０ｂで、一対の電圧印加ブロックＡを形成し、上下のものが電極片２１ａ、２１ｂで、一対の電圧印加ブロックＢを形成している。
【００１６】
上記各電極片２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの間に設けたスリット３０は、電流の流れる方向を規制する目的と後述する冷却用エアーをスリット３０の開口３０ａから外部へ排出する目的を有する。さらに、電極片２０a、電極片２０ｂの両端は両側面側に９０°折り曲げることにより、抵抗発熱体１０の強度確保を図っている。
【００１７】
符号４０は、セラミック製の支持部材である絶縁体であり、中心に挿入孔４１が貫通されていると共に、側面全周に抵抗発熱体１０の肉厚と同様な段差４２を設けることにより、前方を抵抗発熱体１０の内部に段差４２まで挿入して位置決めとして、組立を容易にしている。
符号５０、５１、５２、５３は電極片２０ａ、２０ｂ、及び電極片２１ａ、２１ｂに夫々取り付けられる電圧印加用の電線であり、符号の６０は絶縁体４０の貫通孔４１へ挿入する冷却用エアー導入パイプである。
【００１８】
図３、図４に基づいて溶融ヘッド１の組立方法の一例を説明する。先ず電極片２０ａ、２０ｂに対して電線５０、５１を、電極片２１ａ、２１ｂに対して電線５２、５３をそれぞれ溶接などにより電気的に接続する。
次に絶縁体４０を抵抗発熱体１０の背面に段差４２まで挿入して取り付けた後、パイプ６０を絶縁体４０の貫通孔４１内に挿入する。なお、この組立順序は上記にこだわらず任意である。
その後、図４に示す様に、耐熱樹脂（例えば、金属粉入りエポキシ樹脂）からなるカバー７０により、抵抗発熱体１０の一部、絶縁体４０、パイプ６０、及び各電線５０、５１，５２，５３の一部を被覆固定して本実施例の溶融ヘッド１を完成する。この完成時に、抵抗発熱体１０のスリット３０の奥側には開口３０ａが形成されており、パイプ６０から抵抗発熱体１０の内部に吹き付けられた冷却用エアー９０をこの開口３０ａから外部へ逃がすことが可能である。
図５は、上記のようにして組み立てを完了した熱溶着ヘッド１を図４において、Ａ−Ａ部で断面とした状態である。
【００１９】
次に、以上説明した溶融ヘッド１を用いて行う熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法を図６〜図１０を基に説明する。
図６は溶融ヘッド１と溶着電源装置２との接続図、図７は溶融ヘッド１への電圧印加タイムチャート、図８は溶融ヘッド１の抵抗発熱体１０を発熱させ、プラスチック基板８０に一体成形された溶着ボス８１の変形部８２へ当接する直前の断面図、図９は溶融ヘッド１を変形部８２に当接させ溶融後冷却している様子を示す断面図、図１０は熱溶着が終了した状態の断面図である。
【００２０】
先ず、図６により溶着電源装置２の説明と溶融ヘッド１の接続について説明する。
溶着電源装置２は、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ２ａ、トランス２ｂ、制御回路２ｃ、通電切換回路２ｄ、電磁弁２ｅからなり、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ２ａと通電切換回路２ｄと電磁弁２ｅとは制御回路２ｃの信号により動作が制御される。
【００２１】
通電切換回路２ｄの接続について説明すると、２回路を有し、ＳＷ１及びＳＷ２の共通端子ＳＷ１−１、ＳＷ２−１へはトランス２ｂの二次側を接続し、ＳＷ１の出力側には電線５１、５２を夫々接続し、ＳＷ２の出力側には電線５０、５３を接続した。この接続状況をまとめると次のとおりである。
電圧印加ブロックＡ
電線５０  →  ＳＷ２−２    電線５１  →  ＳＷ１−２
電圧印加ブロックＢ
電線５２  →  ＳＷ１−３    電線５３  →  ＳＷ２−３
つまり、トランス２ｂの二次側からの通電を通電切換回路２ｄにより電圧印加ブロックＡまたは電圧印加ブロックＢ側に切り換え可能にした。
【００２２】
制御回路２ｃへは、あらかじめ図７に示すようなタイムチャートを設定しておく。つまり、各電圧印加ブロックＡ、Ｂに１秒間の電圧印加を３回に分けて行うが（電圧印加時間を長くすると急激に樹脂の熱分解温度まで達してしまう理由により）、１秒間の電圧印加時間経過後他方のブロックに電圧を印加する時、０．３秒の遅れを置いてから電圧印加を行うこととした。
以上、準備設定後熱溶着を行う。
【００２３】
先ず、図８について説明すると、熱可塑性樹脂であるポリカーボネート（ＰＣ）樹脂で成形されたプラスチック基板８０に一体成形された２つの溶着ボス８１を被固定物８５の貫通された固定孔８６に挿通させ、溶着ボス８１の先端側である変形部８２を被固定物８５の表面から突き出させる。次に溶着電源装置２の制御回路２ｃへＯＮ信号を入力すると図７のタイムチャートに基づいて通電切換回路２ｄにより電圧印加ブロックＡと電圧印加ブロックＢへ交互に電圧が印加される。この印加により抵抗発熱体１０の発熱部１１が発熱し、交互に切り替えて電圧を印加する効果、さらに、切り替え時に時間の遅れを設定した効果により、発熱部１１は均等な温度に昇温して２つの溶着チップ１２は同一温度で樹脂の溶融温度に達する。
【００２４】
電圧印加時間経過直後図９に示す様に溶融ヘッド１を溶着ボス８１の変形部８２へ当接させると、変形部８２が溶着チップ１２の熱で溶融し、溶着チップ１２内が溶融樹脂で充満する。次に溶融電源装置２内の電磁弁２ｅが開き冷却エアー９０がパイプ６０を通って抵抗発熱体１０の内部（裏側）に吹き付けられる。この結果、抵抗発熱体１０は急激に冷却され、溶融した変形部８２の樹脂が固化して固定孔８６の径より大きい径を持つ膨大部８３が形成される。その結果、図１０の様にプラスチック基板８０と被固定物８５は溶着（固定）される。なお、抵抗発熱体１０に吹き付けられた冷却用エアー９０は開口３０ａを通って外部に排出されるため効率の良い冷却を行う事ができる。
以上の溶着方法によって２つの溶着部は、適温である溶融温度で溶融し、さらに、固化した膨大部８３を形成したため、溶着強度及び外観的にも優れた溶着形状が得られた。
【００２５】
本実施例における発熱部１１の温度分布を測定したが、高温部と低温部の温度差は８℃であった。
なお、本実施例では、電圧印加ブロックＡ、電圧印加ブロックＢへの電圧印加切換を通電切換回路２ｄでおこなったが、各ブロック用トランスを２個用い、一次側を切り替えて行う方法でも同様な効果を得ることができる。
【００２６】
【比較例１】
実施例１と同じ溶融ヘッドを用い、従来の様に通電を電線５０と電線５１との間に下記条件にて通電を行った。
一次通電 1.0秒 → 通電停止 0.3秒 → 二次通電 1.0秒  → 通電停止 1.0秒 →三次通電 1.0秒 → 終了
他は実施例１と同じ方法で行い、温度分布を測定すると高温部と低温部の温度差は７０℃であった。この時の溶着結果は、一方の溶着部の溶融が不完全であったり、逆に熱分解している現象が見られた。
【００２７】
【比較例２】
比較例として、電圧印加を切り替える時、次回電圧印加までの時間遅れを０．０９秒、０．０８秒、０．０７秒と短くし、他の条件は実施例１と全く同様にして、熱溶着を行った。
その結果を表１にまとめた。
【表１】
0003737966.tif 000002
つまり、時間遅れが短いため、無発熱状態中に最高温度部から他の部分への熱伝導が十分に伝わらず温度分布の均一化を図ることができなかった。したがって、双方の溶着チップの温度がばらつき、良い溶着状態が得られなかった。
【００２８】
【比較例３】
比較例として、電圧印加を切り替える時、次回電圧印加までの時間遅れを１．１秒、１．２秒、１．３秒と長くし、他の条件は実施例１と全く同様にして、熱溶着を行った。
その結果を表２にまとめた。
【表２】
0003737966.tif 000003
つまり、時間遅れが長いため、せっかく抵抗発熱体１０の温度が上昇しても次の加熱時間まで長いため冷却されてしまい、樹脂の溶融温度まで上昇する事が出来なかった。その結果、良い溶着状態が得られなかった。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明である熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法及びその装置は、
・発熱体へ電圧印加する箇所を２ブロックに分け、交互に電圧印加を行う、
・電圧印加を切り替える時、他ブロックへの電圧印加開始へ時間的遅れを設ける、
・発熱体への電圧印加が終了してから、発熱体を溶着ボスの変形部へ押し当て溶融させる、
との特徴により、次の様な効果を得ることができる。
ａ．電圧印加場所を切り替えるため、抵抗発熱体の温度分布を均一にできる。
ｂ．次の電圧印加まで通電停止時間を設けたことにより、全体に熱伝導が行われ、その結果抵抗発熱体の温度分布をさらに均一化できる。
ｃ．抵抗発熱体の温度が一定になってから溶着ボスに当接させるので、熱分解温度にさらされる危険性がない。
以上の効果から、発熱体の面積が広くても発熱温度分布が均一になり、しかも、熱溶着精度が良好なことから、かしめ強度が十分で、かしめ部（膨大部）の外観が良好な熱溶着成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に用いた溶融ヘッドの分解斜視図。
【図２】（Ａ）は抵抗発熱体の正面図、（Ｂ）は背面図。
【図３】溶融ヘッドの要部組立図。
【図４】溶融ヘッドの完成図。
【図５】図４におけるＡ−Ａ部断面図。
【図６】溶融ヘッドと溶着電源装置との接続図。
【図７】溶融ヘッドへの電圧印加タイムチャート。
【図８】溶融ヘッドを発熱させ、溶着ボスへ当接させる直前の断面図。
【図９】溶融ヘッドを変形部へ押しつけ、溶融後冷却させている様子を示す断面図。
【図１０】熱溶着が完了した成形品と被固定物の様子を示す断面図。
【符号の説明】
１  溶融ヘッド
２  溶着電源装置
１０  抵抗発熱体
１１  発熱部
１２  溶着チップ
２０ａ、２０ｂ  電極片
２１ａ、２１ｂ  電極片
３０  スリット
３０ａ  開口
５０，５１，５２，５３  電線
８０  プラスチック基板
８１  溶着ボス
８５  被固定物
【図１】
0003737966.tif 000004
【図２】
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【図３】
0003737966.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003737966.tif 000010
【図８】
0003737966.tif 000011
【図９】
0003737966.tif 000012
【図１０】
0003737966.tif 000013