JP2008168437A - 熱溶着装置 - Google Patents

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剛 保田
Takashi Murate
孝 村手
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Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

【課題】
溶着ボスに熱を効率的に伝えることのできる熱溶着装置を提供すること。
【解決手段】
熱可塑性樹脂の締結材２に一体に成形される溶着ボス２ａが熱可塑性樹脂の被締結材３の固定孔３ａに通された状態で溶着ボス２ａを押圧して所定のリベット形状２ｂとする押圧部４と、通電により押圧部４の加熱温度を制御する制御部５と、溶着ボス２ａを押圧するように押圧部４を駆動する駆動部６とを備え、押圧部４が加熱下で溶着ボス２ａを押圧することによりリベット形状２ｂを形成する熱溶着装置１において、押圧部４は、制御部５により加熱され、溶着ボス２ａを押圧して溶着ボス２ａを溶融させるチップ４１と、チップ４１と接続され、被締結材３に当接することでチップ４１と被締結材３との間に閉空間７を形成し、溶着ボス２ａの溶融した樹脂の流動を制限するスリーブ４２と、を備える構成としたこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱溶着装置に関する。
公知の熱溶着装置が、後述の特許文献１に記載されている。これは、溶着ボスが一体に設けられた熱可塑性樹脂の締結材（成形品）と、固定孔が設けられた熱可塑性樹脂の被締結材（被固定物）とを熱溶着によって締結するもので、溶着ボスを押圧して所定の締結要素形状とする押圧部（溶着チップ）と、通電により押圧部の加熱温度を制御する制御部（電源装置）とを備える。押圧部は、加熱下で溶着ボスの上面を押圧することにより溶着ボスを溶融させ、締結材と被締結材を締結するための締結要素形状を形成する。
特開２００４−９０５５８号公報
溶着ボスを溶融させるには、溶着ボス全体に十分な熱を与える必要がある。上述のものでは、溶着ボスが溶融して締結要素形状が形成される際に、押圧部の熱が溶着ボスの上面に局所的に伝えられる。つまり、押圧部と溶着ボスとの間の熱の伝達は、押圧部と溶着ボスとの間の接触部分（溶着ボスの上面）だけで行われる。このため、押圧部の熱が溶着ボスに効率的に伝えられず、溶着ボスを溶融させ得るだけの十分な熱を溶着ボスの全体に与えるには、押圧部による溶着ボスの加熱時間を長くしたり、押圧部の加熱温度を高くしたりする必要があった。
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、溶着ボスに熱を効率的に伝えることのできる熱溶着装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明にて講じた技術的手段は、請求項１に記載の様に、熱可塑性樹脂の締結材に一体に成形される溶着ボスが熱可塑性樹脂の被締結材の固定孔に通された状態で前記溶着ボスを押圧して所定の締結要素形状とする押圧部と、通電により前記押圧部の加熱温度を制御する制御部と、前記溶着ボスを押圧するように前記押圧部を駆動する駆動部と、を備え、前記押圧部が加熱下で前記溶着ボスを押圧することにより前記締結要素形状を形成する熱溶着装置において、前記押圧部は、前記制御部により加熱され、前記溶着ボスを押圧して前記溶着ボスを溶融させる溶融部と、前記溶融部と接続され、前記被締結材に当接することで前記溶融部と前記被締結材との間に閉空間を形成し、前記溶着ボスの溶融した樹脂の流動を制限する流動制限部材と、を備える構成としたことである。
好ましくは、請求項２に記載の様に、前記流動制限部材は、前記溶融した樹脂が前記締結要素形状の一部を形成後は、前記締結要素形状の熱を吸収し凝固を促進させると良い。
好ましくは、請求項３に記載の様に、前記流動制限部材は、前記溶融部の外周に摺接して設けられていると良い。
好ましくは、請求項４に記載の様に、前記流動制限部材は、前記被締結材に向かって付勢されていると良い。
好ましくは、請求項５に記載の様に、前記溶融部は、前記締結要素形状の形成後に加圧気体を前記溶融部の内部を通過させて前記締結要素形状の熱を吸収すると良い。
好ましくは、請求項６に記載の様に、前記溶融部は、前記溶着ボスを押圧しながら加熱と冷却を行い前記溶着ボスを前記締結要素形状に形成すると良い。
請求項１に記載の発明によれば、溶融部と被締結材との間に流動制限部材を介して閉空間が形成され、この閉空間内で溶着ボスが溶融し、締結要素形状が形成される。締結要素形状が形成される間、溶融部と流動制限部材が溶着ボス（溶融した樹脂）に密着するので、溶着ボスを押圧する溶融部だけでなく、溶融部に接続される流動制限部材も溶着ボスに熱を伝える。これにより、押圧部では、溶着ボスを押圧する部分だけで溶着ボスに熱を伝える従来のものに比べて溶着ボスに熱を伝える部分の面積（伝熱面積）が増え、溶着ボスに熱を効率的に伝えることができる。
請求項２に記載の発明によれば、締結要素形状が均一に凝固する。
請求項３に記載の発明によれば、溶融部と流動制限部材との間で熱の伝達が効率よく行われる。
請求項４に記載の発明によれば、流動制限部材が被締結材に確実に密着し、閉空間が確実に密閉される。
請求項５に記載の発明によれば、溶融部の内部に熱がこもることがなく、締結要素形状の形成後に溶融部が効率よく冷却される。
請求項６に記載の発明によれば、締結要素形状が形成される間、溶融部と流動制限部材が溶着ボス（溶融した樹脂）に隙間なく接触するので、溶着ボスの全体に熱が均一に伝えられ、溶着ボスにおける局所的な温度上昇が抑制される。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を基に説明する。
図１は、本発明に係る熱溶着装置１の概略図である。
熱溶着装置１は、溶着ボス２ａが一体に設けられた熱可塑性樹脂の締結材２と、固定孔３ａが設けられた熱可塑性樹脂の被締結材３とを熱溶着によって締結する装置である。熱溶着装置１は、押圧部４と、制御部５と、駆動部６とを備える。押圧部４は、溶着ボス２ａの端部２ｃを押圧し、溶着ボス２ａの端部２ｃをリベット形状２ｂ（締結要素形状）に形成する部位である。制御部５は、ジュール熱を利用した公知の方法により押圧部４を加熱する。制御部５は、押圧部４の所定部位に通電することにより、押圧部４を加熱する。制御部５は、通電量を変化させることなどにより、押圧部４の加熱温度を制御可能である。駆動部６は、押圧部４が溶着ボス２ａを押圧するように押圧部４を駆動する部位である。駆動部６としては、エアシリンダー等の手段が適用可能である。熱溶着装置１においては、制御部５の加熱下にある押圧部４が駆動部６によって駆動され、溶着ボス２ａの端部２ｃを押圧する。これにより、押圧部４が溶着ボス２ａを溶融させ、締結材２と被締結材３を締結するためのリベット形状２ｂを溶着ボス２ａの端部２ｃに形成する。
押圧部４は、チップ４１と、スリーブ４２とを備える。チップ４１（溶融部）は、柱状を成す部材で、駆動部６に接続される。チップ４１の軸方向（図１示上下方向）の端部には、溶着ボス２ａを押圧する押圧面４１ａが設けられる。押圧面４１ａの形状は、上述のリベット形状２ｂに対応する。チップ４１は、駆動部６によって駆動され、押圧面４１ａで溶着ボス２ａの端部２ｃを押圧する。チップ４１は、制御部５によって加熱され、加熱下で溶着ボス２ａの端部２ｃを押圧して、溶着ボス２ａを溶融させる。チップ４１の内部には、圧縮エア（加圧気体）が通過するエア通路４１ｂが設けられる。制御部５がチップ４１の加熱を停止した後、圧縮エアがエア通路４１ｂを介してチップ４１の内部に供給され、チップ４１を冷却する。エア通路４１ｂは、チップ４１の外部（大気）に開口しており、チップ４１の内部に熱がこもることなく、チップ４１が効率的に冷却される。
スリーブ４２（流動制限部材）は、筒状を成す部材で、チップ４１と同軸に設けられる。スリーブ４２は、チップ４１の外周４１ｃに設けられ、チップ４１と接続されている。スリーブ４２は、チップ４１の外周４１ｃに摺接して設けられる。この構造により、チップ４１とスリーブ４２との間で熱の伝達が効率よく行われ、加熱下にあるチップ４１の熱がスリーブ４２に効率よく伝わる。
チップ４１とスリーブ４２の間にはコイルバネ４３が設けられる。コイルバネ４３は、スリーブ４２をチップ４１に対し被締結材３に向かう方向（図１示下方向）に付勢している。この構成とすることで、チップ４１で溶着ボス２ａを押圧する際に、チップ４１、スリーブ４２で形成される空間内で溶融した溶着ボス２ａが受ける圧力が高まる。そして、この状態で押圧することにより密着性を向上させて溶着ボス２ａの表面を均一に加圧することができる。更に、チップ４１及びスリーブ４２からの熱が溶着ボス２ａに均一に伝わる。これにより、形成されるリベット形状２ｂの表面が滑らかに形成できる。
次に、熱溶着装置１の作動について、図２乃至図４を参照して説明する。
まず、チップ４１の押圧面４１ａが溶着ボス２ａの端部２ｃに当接するように、チップ４１が駆動部６によって駆動される（図２示）。この時点で、スリーブ４２は被締結材３に当接し、チップ４１と被締結材３との間に閉空間７が形成される。スリーブ４２はコイルバネ４３により被締結材３に向かって付勢されているので、スリーブ４２が被締結材３に確実に密着し、閉空間７が確実に密閉される。チップ４１と被締結材３との間に閉空間７が形成された後、制御部５（図１参照）がチップ４１の加熱を開始する。
チップ４１が所定の温度に到達すると、加熱下のチップ４１が溶着ボス２ａを押圧するように、チップ４１が駆動部６によってさらに駆動される。これにともなって溶着ボス２ａが溶融し、この溶融した樹脂により、溶着ボス２ａの端部２ｃにリベット形状２ｂが形成される（図３示）。リベット形状２ｂが形成される間、溶着ボス２ａの溶融した樹脂の流動は、スリーブ４２によって制限される。また、リベット形状２ｂが形成される間、チップ４１とスリーブ４２が溶着ボス２ａに密着するので、チップ４１の熱がスリーブ４２を介して溶着ボス２ａの全体に従来技術の熱溶着装置と比較して効率的に伝えられる。なお、溶着ボス２ａが溶融してリベット形状２ｂが形成される間、チップ４１は溶着ボス２ａを押圧し続ける。この作動をすることで、チップ４１で溶着ボス２ａを押圧する際に、チップ４１、スリーブ４２で形成される空間内で溶融した溶着ボス２ａが受ける圧力が高まる。そして、この状態で押圧することにより密着性を向上させて溶着ボス２ａの表面を均一に加圧することができる。更に、チップ４１及びスリーブ４２からの熱が溶着ボス２ａに均一に伝わる。これにより、形成されるリベット形状２ｂの表面が滑らかに形成できる。
所定の加熱時間が経過すると、制御部５がチップ４１の加熱を停止し、チップ４１の内部に圧縮エアが供給される。これにより、チップ４１が冷却され、チップ４１に密着する溶着ボス２ａ（リベット形状２ｂ）が冷却される。つまり、チップ４１は、溶着ボス２ａにリベット形状２ｂが形成された後に圧縮エアをその内部を通過させることで、溶着ボス２ａ（リベット形状２ｂ）の熱を吸収する。なお、溶着ボス２ａが冷却される間も、チップ４１は溶着ボス２ａを押圧し続ける。この構造によれば、溶着ボス２ａがチップ４１、スリーブ４２及び被締結材３に密着するので、溶着ボス２ａの放熱が従来技術の熱溶着装置と比較して効率的に行われ、溶着ボス２ａの全体が均一に冷却され、溶着ボス２ａ（リベット形状２ｂ）が均一に凝固する。つまり、スリーブ４２は、溶着ボス２ａにリベット形状２ｂが形成された後は、溶着ボス２ａ（リベット形状２ｂ）の熱を吸収し、凝固を促進させる。
そして、所定の冷却時間が経過すると、チップ４１の押圧面４１ａが溶着ボス２ａ（リベット形状２ｂ）から離れるように、チップ４１が駆動部６によって駆動される。これにより、熱溶着による締結が完了する（図４示）。
以上の実施形態では、チップ４１の外周４１ｃに設けられたスリーブ４２が溶融した樹脂の流動を制限するが、図５に示す様に、被締結材３に固定孔３ａが凹部３ｂと共に設けられる場合には、チップ４１と凹部３ｂとの間の径方向の隙間を最小限にすることで、スリーブ４２（図１乃至図４参照）が設けられなくても本実施形態と同様の効果が得られる。
以上説明した様に、本実施形態に係る熱溶着装置１によれば、チップ４１と被締結材３との間にスリーブ４２を介して閉空間７が形成され、この閉空間７内で溶着ボス２ａが溶融し、リベット形状２ｂが形成される。リベット形状２ｂが形成される間、チップ４１とスリーブ４２が溶着ボス２ａ（溶融した樹脂）に密着するので、溶着ボス２ａを押圧するチップ４１だけでなく、チップ４１に接続されるスリーブ４２も溶着ボス２ａに熱を伝える。これにより、押圧部４においては、溶着ボス２ａを押圧する部分だけで溶着ボス２ａに熱を伝える従来のものに比べて溶着ボス２ａに熱を伝える部分の面積（伝熱面積）が増え、溶着ボス２ａに熱を効率的に伝えることができる。その結果、締結の為に溶着ボス２ａに与える熱エネルギ量を低減することが可能となり、溶着ボス２ａの加熱冷却時間を短縮でき、生産性をさらに向上できる。
また、リベット形状２ｂが形成される間、チップ４１とスリーブ４２が溶着ボス２ａ（溶融した樹脂）に隙間なく接触するので、溶着ボス２ａ全体に熱が均一に伝えられ、溶着ボス２ａにおける局所的な温度上昇が抑制される。これにより、樹脂の熱劣化による強度低下やチップ４１への樹脂付着の可能性が低くなり、締結加工部分（溶着ボス２ａのリベット形状２ｂ）の品質の安定化を図ることが可能となる。
さらに、閉空間７内での溶着ボス２ａの溶融とリベット形状２ｂの形成が加圧下で行われるので、リベット形状２ｂの外観面をより平滑に形成でき、締結部分の品質をさらに向上できる。
本発明に係る熱溶着装置１の概略図。 熱溶着装置１の作動の態様を示す図。 熱溶着装置１の作動の態様を示す図。 熱溶着装置１の作動の態様を示す図。 固定孔３ａと凹部３ｂが設けられる被締結材３を示す図。
符号の説明
１ 熱溶着装置
２ 締結材
２ａ 溶着ボス
２ｂ リベット形状（締結要素形状）
３ 被締結材
３ａ 固定孔
４ 押圧部
５ 制御部
６ 駆動部
７ 閉空間
４１ チップ（溶融部）
４１ｃ 外周
４２ スリーブ（流動制限部材）

Claims (6)

  1. 熱可塑性樹脂の締結材に一体に成形される溶着ボスが熱可塑性樹脂の被締結材の固定孔に通された状態で前記溶着ボスを押圧して所定の締結要素形状とする押圧部と、
    通電により前記押圧部の加熱温度を制御する制御部と、
    前記溶着ボスを押圧するように前記押圧部を駆動する駆動部と、
    を備え、
    前記押圧部が加熱下で前記溶着ボスを押圧することにより前記締結要素形状を形成する熱溶着装置において、
    前記押圧部は、
    前記制御部により加熱され、前記溶着ボスを押圧して前記溶着ボスを溶融させる溶融部と、
    前記溶融部と接続され、前記被締結材に当接することで前記溶融部と前記被締結材との間に閉空間を形成し、前記溶着ボスの溶融した樹脂の流動を制限する流動制限部材と、
    を備えることを特徴とする熱溶着装置。
  2. 前記流動制限部材は、前記溶融した樹脂が前記締結要素形状の一部を形成後は、前記締結要素形状の熱を吸収し凝固を促進させることを特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
  3. 前記流動制限部材は、前記溶融部の外周に摺接して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
  4. 前記流動制限部材は、前記被締結材に向かって付勢されていることを特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
  5. 前記溶融部は、前記締結要素形状の形成後に加圧気体を前記溶融部の内部を通過させて前記締結要素形状の熱を吸収することを特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
  6. 前記溶融部は、前記溶着ボスを押圧しながら加熱と冷却を行い前記溶着ボスを前記締結要素形状に形成することを特徴とする請求項１に記載の熱溶着装置。
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