JP2933310B1 - 熱可塑性樹脂成形品の熱溶着に際して用いられる発熱体 - Google Patents
熱可塑性樹脂成形品の熱溶着に際して用いられる発熱体Info
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Abstract
形品を廃棄するときに分別しないで済むようにする。
又、溶着強度の高い溶着方法と発熱体を得る。 【解決手段】 炭素繊維を用いた発熱体4又はこの発熱
体4に樹脂をコーティング又は含浸させたり、炭素繊維
編組又は織物に樹脂糸を編み込んだ発熱体を成形品1と
補強板3間に挟み込んで電圧を印加し、成形品1と補強
板3を溶着させる。このように、発熱体4を金属線では
なく、炭素繊維を主体とすることにより、成形品1、補
強板3の廃棄に際して、発熱体4と樹脂を分別する必要
がなくなる。又、炭素繊維の発熱体4に樹脂をコーティ
ング又は含浸させたりすることにより、溶着強度を高め
ることができる。
Description
樹脂で成形された成形品の接合面に、発熱体を挟み込
み、適宜な力で加圧しながら発熱体に電圧を印加して発
熱させることにより、接合面の樹脂を溶融させ、その後
電圧の印加を止めて硬化させることにより成形品同士を
溶着させる際に用いられる発熱体に関する。
を接合する場合、接合方法の一つとして、その接合面間
に電気抵抗に基づく金属製の発熱体を挟み込み、適宜な
力で加圧しながら前記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させ、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硬化さ
せて成形品同士を溶着させる溶着方法が公知である。こ
の溶着方法は、接着剤を用いる方法や超音波、高周波電
磁誘導を用いる方法に比べて短時間で接合でき、又、少
ない設備投資で実施可能な優れた方法である。
定するまで時間がかかると共に、接着剤が接合面から漏
れだして汚れの原因となる。又、超音波や高周波電磁誘
導を用いる場合には、例えば、内部に電子回路を内蔵し
ていると、電子部品に影響を与える心配があり、さらに
大がかりな設備を必要とし、そのため多くの費用が発生
する。又、騒音による作業環境への弊害等が考えられ
る。
溶着方法は優れた溶着方法ではあるが、次のような欠点
もある。 1.樹脂の中に金属が埋設されているため、製品の樹脂
の再利用や廃棄のとき、樹脂と金属を分離するのに手間
がかかる。 2.軽量を必要とする製品には金属の重量が加算される
ため、軽量化が達成できない。
て残るため、この分、溶着面積が小さくなる。このた
め、発熱体を出来るだけ小径にしたいが、あまり小径に
すると発熱量が減り、溶着までに時間がかかる。 4.金属製の発熱体の太さに限度があるため、成形品同
士の溶着面が広い場合(幅がある場合)には、数条の発
熱体を溶着面に挟み込む必要があり、この挟み込みに時
間と手間がかかる。
の再利用や廃棄するとき、熱可塑性樹脂と分別する必要
がなく、更に軽量化が可能であると共に、溶着強度を高
め、広い溶着面を有する成形品に対しても簡単に対応で
きる熱可塑性樹脂成形品の溶着方法に用いられる発熱体
を提供することである。
め、請求項1に記載の発明においては、熱可塑性樹脂成
形品の熱溶着に際して用いられる発熱体において、対面
する溶着すべき熱可塑性樹脂成形品の接合面に、炭素繊
維を主体とする発熱体を挟み込み、適宜な力で加圧しな
がら前記発熱体へ電圧を印加して発熱させて接合面の樹
脂を溶融し、その後、電圧の印加を止めて樹脂を冷却
し、硬化させることにより、成形品同士を溶着させる熱
可塑性樹脂成形品の熱溶着方法に使用される発熱体であ
って、この発熱体は、炭素繊維糸と樹脂糸とを撚り合わ
せて、又は炭素繊維編組に樹脂糸を編み込んで、又は炭
素繊維織物に樹脂糸を織り込んで構成したものであるこ
とを特徴とするものである。
り、製品の樹脂の再利用や廃棄時に、樹脂と発熱体を分
離する必要がなくなる。
素繊維織物に樹脂糸を織り込んだり、炭素繊維糸と樹脂
糸を撚り合わせることにより、発熱体にあっては、炭素
繊維が発熱すると、先ず樹脂糸が溶融し、次に接合面の
樹脂が溶融する。この結果、炭素繊維と一体となった樹
脂がバインダーとして機能し、溶着強度を高めることに
なる。
物と樹脂糸から成る本発明に係る発熱体には、金属の発
熱体に比べて、次のような利点がある。 1.樹脂製品を廃棄するとき、金属と分離する必要がな
い。 2.金属の発熱体に比べ軽量であるため、製品の軽量化
が図れる。例えば、鉄の比重は7.87なのに対し、炭
素繊維の比重は1.7であるため、発熱体が占める重量
を1/5に軽量化できる。 3.金属の発熱体に比べ線膨張係数が小さいため、発熱
時における発熱体の変形が少なく、安定した溶着を得ら
れる。例えば、鉄の線膨張係数は11.7×10-6/℃
に対し、炭素繊維は2.5×10-6/℃である。
あるため、樹脂を編み込んだり、織り込んだ場合、溶融
した樹脂が炭素繊維糸の隙間に入り込むことにより、高
い溶着強度が得られる。 5.発熱体を編組又は織物リボン状とすることにより、
広い溶着面積のものに簡単に対応できる。
の成形品を溶着する場合、その接合面に炭素繊維の編組
又は織物又はこれに樹脂糸を編み込んだり、織り込んだ
発熱体を挟み込み、適宜な力で成形品を加圧しながら、
発熱体に電圧を印加する。その発熱で接合面の樹脂を溶
融させてお互いの成形品を溶着させ、事前に設定した時
間が経過後、電圧の印加を止めて冷却させる。その結
果、接合面の溶融した樹脂が硬化し、溶着されて一体化
した成形品が完成する。
成形品を用いることが多くなった。図1ではポリプロピ
レン樹脂を用いた外装用成形品1へ補強及び車体へ取り
付けるためのフック2を一体成形したポリプロピレン樹
脂製の補強板3を炭素繊維発熱体4を用いて熱溶着する
図である。炭素繊維へコーティングする樹脂としては、
成形品と同一のポリプロピレン樹脂を用いている。
へ予め溶着用電極5を挿入するための挿入穴6を炭素繊
維発熱体4の両端付近へ穿設させておく。まず、外装用
成形品1と補強板3に炭素繊維発熱体4を挟んだ後、補
強板3を適宜な力で加圧保持し、溶着用電源回路(図示
せず)に各接続された2本の溶着用電極5は、挿入穴6
を通して炭素繊維発熱体4におのおの当接させる。
熱体4に印加するとジュール熱により発熱し、炭素繊維
発熱体4にコーティングした樹脂と炭素繊維発熱体4周
囲の樹脂が溶融した。7秒間通電の後、電圧を止め溶着
用電極5を外しながら冷却を行い、溶融した樹脂が硬化
して外装用成形品1と補強板3は結合されて溶着は完了
した。次に、無加工の炭素繊維の場合、樹脂コーティン
グした場合、炭素繊維を編んだ場合、そして金属ワイヤ
ーの発熱体を用いた場合の発熱温度と溶着強度(引っ張
り強度)を比較した。
板A10、樹脂板B20を炭素繊維発熱体30にて溶着
させる実施図である。本実施例に用いる炭素繊維発熱体
30は、炭素繊維を撚って使用した。その長さは200
mmとし、樹脂板A10及び樹脂板B20の大きさは1
80×30×2(L×W×Hmm)とした。炭素繊維発
熱体30の温度変化は、その長さの2等分点B、そして
その点から60mm離れた2点A、Cの合計3点を測る
こととした。
部に炭素繊維発熱体30を置き、樹脂板B20を樹脂板
A10の上に被せた。その様子を図3に示す。両端から
炭素繊維発熱体30が20mm程度露出されるが、その
露出部を、電圧を印加する電圧印加部40とする。次
に、樹脂板B20全体を2Nの力で加圧保持すると共
に、炭素繊維発熱体30の両端の電圧印加部40間と8
00VAの電源トランスの2次側とを接続し、前記電源
トランスの1次側を遮断機を通してAC100Vに接続
した。
にして、4秒間電圧を印加した。炭素繊維発熱体30は
発熱し、樹脂板A10と樹脂板B20の接合面の樹脂は
溶融し、更に加圧されているため、相互が密着して混合
一体となる。所定時間経過後、電圧印加を止めて冷却す
ると、溶融した樹脂は硬化し、樹脂板A10と樹脂板B
20は接合され、溶着が完成した複合樹脂板が得られ
た。図5に温度測定点3点の温度変化を示す。最高温度
による差は20度であった。以上のように溶着した樹脂
板を図4のように20×15mmの大きさで4枚に切断
して試験片50とし、引っ張り強度の試験を行った。そ
の結果を表1に示す。平均値は75Nであった。
レス製のワイヤを比較例1と同一の長さである200m
mに切断してワイヤ発熱体60として用いた。他の樹脂
板A10及び樹脂板B20は実施例1と同一である。先
ず、樹脂板A10の幅における中心部にワイヤ発熱体6
0を沿わせ、樹脂板B20を樹脂板A10の上に被せ
た。次に、2Nの力で加圧保持しながらワイヤ発熱体6
0の両端の電圧印加部40間と300VAの電源トラン
スの2次側とを接続し、前記電源トランスの1次側をA
C100Vに接続した。以上のように接続してから電圧
を1.5秒間印加した。電圧印加時間経過後、冷却する
と溶融した樹脂は硬化し、樹脂板A10と樹脂板B20
は接合され、溶着が完成した。図6に温度測定点3点の
温度変化を示す。最高温度による差は40度であった。
前記のように溶着した樹脂板50を、比較例1と同様に
切断して、引っ張り強度の試験を行った。その結果を表
1に示す。平均値は124Nであった。
ン樹脂をコーティングした樹脂コーティング炭素繊維を
用いた溶着を、比較例1と同じようにして行った。印加
時間及び印加電圧も同じである。前記のように溶着した
樹脂板50を、比較例1と同様に切断して、引っ張り強
度の試験を行った。その結果を表1に示す。平均値は1
64Nであった。
なリボン状炭素繊維発熱体70にし、そのリボン状炭素
繊維発熱体70を、図7のごとく樹脂板A10の接合面
に置いた後、樹脂板B20を図8のように被せた。な
お、電圧印加部40における電圧印加方法は、電圧印加
部40を金属の板で上下から挟み、リボン状炭素繊維発
熱体70に均等に電圧を供給できるようにした。他は比
較例1と同じようにして溶着を行った。このとき、前記
リボン状炭素繊維発熱体70の両端の電圧印加部40は
1000VAの電源トランスの2次側に接続した。電圧
印加時間は8秒である。前記のように溶着した樹脂板5
0を、実施例1と同様に切断して、引っ張り強度の試験
を行った。その結果を表1に示す。平均値は193Nで
あった。
定値を表1にまとめた。表1から判るように、炭素繊維
のみでは明らかに金属製の発熱体よりも強度が落ちてい
る。しかし、炭素繊維へ樹脂をコーティング加工や含浸
加工を施すことや、炭素繊維を編んだり織ったり加工し
た発熱体に用いると明らかに強度が向上し、特に後者の
加工による発熱体は金属製に比べ1.5倍の強度が得ら
れた。
たり含浸すると、発熱により炭素繊維の樹脂を成形品の
樹脂が溶融し直ちに混合され、後硬化するため広い面積
の溶着部を得られる為と、炭素繊維の表面と溶融樹脂の
結合が金属製に比べてより強固に行われることが考えら
れる。
させたり、編み込んだり、織り込んだりする場合、樹脂
は被溶着成形品と同一の樹脂を用いることが好ましい
が、近い性質の樹脂を用いても構わない。一方、炭素繊
維を用いた発熱体と金属ワイヤを用いた発熱体の温度上
昇を表した図5と図6を比較すると、炭素繊維は溶融温
度までの時間を若干多く必要とするが、炭素繊維の発熱
体の場合の各測定点の最高温度の差は20度であり、金
属製の場合は40度であった。
各測定点の温度差が無くほぼ均一に変化しているのが判
る。金属を用いた発熱体の温度変化は上昇時ほぼ均一で
あるが、電圧印加を停止した後の余熱時、温度差が生じ
ているのが判る。したがって、本発明の炭素繊維発熱体
を用いることにより、温度分布の均一性が優れ、安定し
た溶着が得られ、特に広い面を溶着する場合、有効な溶
着といえる。
いることにより、次のような効果を奏する。 1.金属の発熱体を用いて熱溶着した成形品の樹脂を再
利用する時や成形品を廃棄する場合、金属の発熱体と成
形品を分別しなければならないが、溶着した成形品の溶
着面に残留する炭素繊維の量は、成形品の樹脂量に比較
して微量であり、更に金属のように成形品を粉砕すると
きに邪魔とならないことから、そのまま粉砕機にかけて
粉砕してしまうことができる。よって、成形品の廃棄或
いは再利用時に、発熱体を分別する必要がなくなる 2.炭素繊維に樹脂をコーティングしたり、含浸させた
り、編み込んだり、織り込んだりすることにより、溶着
強度が向上する。
より、広い面積を有する発熱体が得られ、面溶着する時
に有効である。 4.金属製の発熱体に比較して、軽量化が図れる。例え
ば、鉄製の発熱体と炭素繊維の発熱体の比較では1/5
に低減できる。 5.炭素繊維の線膨張係数が2.5×10-6/℃と小さ
いため、発熱しても発熱体の形状が変形しないため溶着
位置がズレることなく、正確な溶着を得られる。
図。
フ。
フ。
Claims (1)
- 【請求項1】 対面する溶着すべき熱可塑性樹脂成形品
の接合面に、炭素繊維を主体とする発熱体を挟み込み、
適宜な力で加圧しながら前記発熱体へ電圧を印加して発
熱させて接合面の樹脂を溶融し、その後、電圧の印加を
止めて樹脂を冷却し、硬化させることにより、成形品同
士を溶着させる熱可塑性樹脂成形品の熱溶着方法に使用
される発熱体であって、この発熱体は、炭素繊維糸と樹
脂糸とを撚り合わせて、又は炭素繊維編組に樹脂糸を編
み込んで、又は炭素繊維織物に樹脂糸を織り込んで構成
したものであることを特徴とする熱可塑性樹脂成形品の
熱溶着に際して用いられる発熱体。
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JP10948898A JP2933310B1 (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 熱可塑性樹脂成形品の熱溶着に際して用いられる発熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10948898A JP2933310B1 (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 熱可塑性樹脂成形品の熱溶着に際して用いられる発熱体 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2933310B1 true JP2933310B1 (ja) | 1999-08-09 |
JPH11300836A JPH11300836A (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=14511529
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JP10948898A Expired - Fee Related JP2933310B1 (ja) | 1998-04-20 | 1998-04-20 | 熱可塑性樹脂成形品の熱溶着に際して用いられる発熱体 |
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Country | Link |
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-
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- 1998-04-20 JP JP10948898A patent/JP2933310B1/ja not_active Expired - Fee Related
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