JP3175513U - 赤外線ヒータを用いる熱溶着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶着温度が250℃以上で炭素繊維やガラス繊維強化樹脂の部材同士を強固に溶着するための装置を提供する。
【解決手段】被溶着部材A、Bを固定する下部受け台1と上部受け台2からなる被溶着部材保持手段と、上下の受け台1、2の間に出入り自在のフレーム8に取り付けられた赤外線ヒータ6と、赤外線ヒータ6を上部から覆って保護するシャッター7と、コントローラ19からなる。コントローラ19は、被溶着部材A、Bの溶着面が赤外線ヒータ6に近接するまでに設定された温度に達するように制御する。
【選択図】図1
【解決手段】被溶着部材A、Bを固定する下部受け台1と上部受け台2からなる被溶着部材保持手段と、上下の受け台1、2の間に出入り自在のフレーム8に取り付けられた赤外線ヒータ6と、赤外線ヒータ6を上部から覆って保護するシャッター7と、コントローラ19からなる。コントローラ19は、被溶着部材A、Bの溶着面が赤外線ヒータ6に近接するまでに設定された温度に達するように制御する。
【選択図】図1
Description
本考案は、ハロゲンまたはカーボンヒータ(以下「赤外線ヒータ」という。)を用いて行う熱可塑性樹脂同士の熱溶着装置であって、特に溶着温度が250℃を超え、炭素繊維やガラス繊維等が配合強化されていている熱可塑性樹脂材料からなる2つの部材を、短時間で熱溶着する装置に関する。
対をなす被溶着部材の溶着面を溶着温度に加熱し、この加熱により溶融した溶着面を相互に圧着して熱溶着し、目的の製品に加工する赤外線ヒータを用いて行う熱可塑性樹脂の溶着装置が知られている。
例えば、特許文献1には、接合部にビードが発生しないように接合する管端の内外面に放熱板を嵌入し、この放熱板で管端の内外面を放熱しながら管端の管肉厚の中心部を赤外線ヒータにより加熱溶融させ、この端部同士を突き合わせて加圧し、融着により接合させる内容のものが紹介されており、また特許文献2には、移動型と固定型を使用して第1、第2の半成形品に接合端面を射出成形し、第2の半成形品が残った状態で移動型をスライドさせて(ダイスライド方式)、それぞれの接合端面を整合させ、その間にハロゲンヒータまたはカーボンヒータからなるヒータを挿入して接合端面を溶融してからヒータを退避させ、その上で型閉じを行って接合端面を溶着する装置が紹介されている。
しかし、上記特許文献1の場合、管端の内外面に放熱板が嵌合しているため赤外線ヒータからの熱はこの放熱板の加熱に一部費やされる。また、赤外線ヒータ内には冷却管が組み込まれていて、この冷却管も赤外線ヒータの熱を吸収することから、加熱のレスポンスと熱効率が悪く、生産性が低下し、更に消費電力が増大するという問題がある。
また、2箇所の溶着部を同時に加熱するためには2組みの前記加熱装置の温度コントロールを完全に同期させないと、融着部の加熱にバラツキが生じて、接合不良が発生しやすいと共に、放熱板と反射板を有する複雑な構造のため加熱装置の微妙な加熱制御が難しいという問題がある。
次に、特許文献2の場合、ダイスライド方式の金型を用いた射出成形機に溶着装置を取り付けて射出成形機内で溶着を行うものであるため、ダイスライド方式は金型内のキャビティが摺動する複雑な構造で、金型及び成形機が大型化すると共にここに取り付ける溶着装置も大掛かりになるため装置が高額になる。また、溶着工程は成形工程と同時の制御が必要であるため、成形条件と溶着を併せた全工程の条件調整が必要であり、安定した溶着品質を保証するためには高度な管理が必要となる。
本考案は、2つの被溶着物の溶着面を1つの赤外線ヒータにより短時間で加熱し、溶融、圧着、溶着まで自動的に行うことが出来るシンプルな溶着装置であって、更に赤外線ヒータに埃等が付着して加熱ムラが発生したり赤外線ヒータに物が当って損傷したりするのを防止することが出来る溶着装置を提供するのが目的である。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の考案は、赤外線ヒータを用いる熱溶着装置において、
a.下部受け台と上部受け台を同軸線上に配置すると共に下部受け台の上面に被溶着部材の一方を固定することができ、上部受け台の下面に被溶着部材のもう一方を固定することができ、更に下部受け台と上部受け台の間隔を任意に制御自在に構成して成る被溶着部材保持手段と、
b.前記被溶着部材保持手段の上下の受け台間に出入り自在のフレームに取り付けられた赤外線ヒータと、
c.前記赤外線ヒータの上部において、赤外線ヒータが赤外線発熱し、被溶着物を加熱している間は当該赤外線ヒータの上部から逃れ、加熱が終了し、被溶着物から赤外線ヒータが逃れている間は当該赤外線ヒータを上部から覆って当該赤外線ヒータを保護するシャッターと、
d.前記溶着部材保持手段の上下の受け台の間隔を制御し、かつ前記赤外線ヒータが上下の受け台に取り付けられた被溶着部材間に出入りするのを制御し、更に前記シャッターの出入りを制御し、更に前記赤外線ヒータの加熱温度を制御するコントローラと、から成ることを特徴とするものである。
a.下部受け台と上部受け台を同軸線上に配置すると共に下部受け台の上面に被溶着部材の一方を固定することができ、上部受け台の下面に被溶着部材のもう一方を固定することができ、更に下部受け台と上部受け台の間隔を任意に制御自在に構成して成る被溶着部材保持手段と、
b.前記被溶着部材保持手段の上下の受け台間に出入り自在のフレームに取り付けられた赤外線ヒータと、
c.前記赤外線ヒータの上部において、赤外線ヒータが赤外線発熱し、被溶着物を加熱している間は当該赤外線ヒータの上部から逃れ、加熱が終了し、被溶着物から赤外線ヒータが逃れている間は当該赤外線ヒータを上部から覆って当該赤外線ヒータを保護するシャッターと、
d.前記溶着部材保持手段の上下の受け台の間隔を制御し、かつ前記赤外線ヒータが上下の受け台に取り付けられた被溶着部材間に出入りするのを制御し、更に前記シャッターの出入りを制御し、更に前記赤外線ヒータの加熱温度を制御するコントローラと、から成ることを特徴とするものである。
また、請求項2に記載の考案は、請求項1に記載の熱溶着装置において、
前記赤外線ヒータの加熱タイミングは、被溶着部材の溶着面が赤外線ヒータに近接するまでに、あらかじめ設定した温度に達するように前記コントローラにおいて制御することを特徴とするものである。
前記赤外線ヒータの加熱タイミングは、被溶着部材の溶着面が赤外線ヒータに近接するまでに、あらかじめ設定した温度に達するように前記コントローラにおいて制御することを特徴とするものである。
また、請求項3に記載の考案は、請求項1に記載の熱溶着装置において、前記赤外線ヒータは、被溶着部材の溶着面の形状に沿うように形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項4に記載の考案は、請求項3に記載の熱溶着装置において、前記赤外線ヒータは、被溶着部材の溶着面の鉛直方向を向いたコイル形状からなることを特徴とするものである。
本考案の熱溶着装置によると、以下の効果が得られる。
被溶着部材の間に配置された赤外線ヒータを用い、それぞれの被溶着部材が同時に溶着温度に到達するように赤外線加熱されるため、それぞれ最適な温度で溶着することができる。 また、前記特許文献1の場合のように、放熱板や冷却管を用いていないため、加熱レスポンスが良く、2つの溶着部材を短時間で加熱し、溶着できる。さらに非接触で被溶着部材の接合表面を溶融するため、接触式加熱で多発する溶融部分の糸引きや汚れなどが無く、外観もきれいに溶着でき、清掃などのメンテナンスも削減できる。
被溶着部材の間に配置された赤外線ヒータを用い、それぞれの被溶着部材が同時に溶着温度に到達するように赤外線加熱されるため、それぞれ最適な温度で溶着することができる。 また、前記特許文献1の場合のように、放熱板や冷却管を用いていないため、加熱レスポンスが良く、2つの溶着部材を短時間で加熱し、溶着できる。さらに非接触で被溶着部材の接合表面を溶融するため、接触式加熱で多発する溶融部分の糸引きや汚れなどが無く、外観もきれいに溶着でき、清掃などのメンテナンスも削減できる。
また、本考案に使用する赤外線ヒータは、石英ガラス管の中に発熱体が収納されているため、強い衝撃で物が当ると破損する恐れがあるが、本考案では赤外線ヒータ上部に進退自在のシャッターを設置し、加熱工程以外は前記シャッターが赤外線ヒータをガードして破損を防止することができると共に、作業者が赤外線ヒータに誤って触れてやけどすることを防止できる。
また、シャッターは、赤外線ヒータにゴミやホコリが付着して、赤外線の透過率の低下や付着したホコリが発火するのを防止する効果がある。
また、シャッターは、赤外線ヒータにゴミやホコリが付着して、赤外線の透過率の低下や付着したホコリが発火するのを防止する効果がある。
本考案は、熱可塑性樹脂から成る被溶着部材同士の溶着面を適切な溶着温度に加熱することが可能な赤外線ヒータを備えた装置であり、前記被溶着部材の溶着面の加熱はハロゲンまたはカーボン赤外線ヒータによる赤外線放射熱による加熱で行われ、溶着後の強度及び外観をきれいにできる溶着装置であって、特に溶着温度が250℃を超える炭素繊維やガラス繊維などを含有する高強度樹脂材料同士を溶着するのに適した溶着装置である。
図1に本考案に係る溶着装置の一例を示す。この溶着装置は、2つの被溶着部材A、Bを図4(I)に示すように熱溶着するためのもので、図3(A)に示すように被溶着部材Aの接合面A−1、被溶着部材Bの接合面B−1にはそれぞれ溶着リブA−2、B−2が形成されている。さらに、溶着リブA−2、B−2の根元にはバリ受け溝A−3、B−3が形成されている
溶着装置には、上下に被溶着部材A、Bをそれぞれ固定する下部受け台1と上部受け台2が対向するようにして配置されていて、そこに被溶着部材A、Bをそれぞれセットすることができる。そして、下部受け台1と上部受け台2は上部駆動シリンダー4及び下部駆動シリンダー5によりその間隔を狭める方向に移動可能である。下部受け台1および上部受け台2に被溶着部材A及び被溶着部材Bを固定する場合、下部受冶具21、上部受冶具22には被溶着部材A、被溶着部材Bの内径より少し大きめの外径からなるOリング3が設置されており、そのOリング3の弾性を利用して被溶着部材Aおよび被溶着部材Bを下部受冶具21、上部受冶具22に嵌め込むかたちで装着することにより固定する構成となっている。
9はヒータユニットであって、このヒータユニット9は、水平方向に出入りするヒータユニットフレーム8に赤外線ヒータ6が取り付けられている。
そして、赤外線ヒータ6の上側には、前記赤外線ヒータ6の上側に隙間を空けて、ヒータユニット9の水平移動と同方向に単独で水平方向に移動可能な赤外線ヒータシャッター7が取り付けられている。
次に、上記ヒータユニット9を用いて図3(A)、(B)に示す被溶着部材A、B(以下「部材A」、「部材B」という。)を加熱し、溶着する工程を図4(A)〜(H)に基づいて詳細に説明する。
1.部材A、Bは、上下の受け台1、2の受け治具21、22にそれぞれ溶着面A−2、B−2が上下において対向するように取り付けられる。この時、下部受け台1および上部受け台2の受治具21、22に対して、部材A、BはOリング3により弾性保持され、固定される。
2.赤外線ヒータ6は輻射熱により樹脂の溶着温度まで加熱可能な温度に制御される。この場合、赤外線ヒータ6は800℃〜1,000℃に発熱するが、常温からの前記発熱温度までの昇温時間は3〜4秒であるため常時加熱しておく必要は無い。この赤外線ヒータ6はコントローラ19により電流制御される。赤外線ヒータ6の加熱温度は溶着部材の材質、色、赤外線ヒータ6との距離、所望する加熱時間によって適宜設定される。
3.次に、ヒータユニット9の駆動用シリンダ10を駆動してヒータユニット9を待機位置から水平方向移動させることにより、赤外線ヒータ6を上下の部材A、B間に位置させる(B)。
4.ヒータユニット9の赤外線ヒータ6が部材A、B間に位置した時点で駆動シリンダ11を駆動してヒータシャッター7を部材A、B間から外側へ移動させる(C)。
5.次に、駆動装置4,5を駆動して上部受け台1と下部受け台2を下降及び上昇させて部材Aの溶着面A−2と溶着面B−2をそれぞれ赤外線ヒータ6から5mmの間隔になるまで接近させる(D)。
なお、この接近は好ましくは3mm〜10mmの範囲で、3mm以下になると溶着面の焼けや加熱ムラが発生しやすく、10mm以上になると加熱に時間がかかり、生産性が悪くなるので、実用的には3mm〜10mmの範囲が実用的である。
6.赤外線ヒータ6は、部材A、Bの溶着リブA−2、B−2が接近するまでに、適温まで加熱が到達するようにあらかじめ加熱開始タイミングが設定されていることにより、最小の消費電力で加熱が可能となる。
7.部材AとBの溶着リブA−2、B−2が溶着温度に到達すると、赤外線ヒータ6への電流供給を停止し、上部受け台2側が上昇して赤外線ヒータ6から遠ざかる(E)。続いてヒータユニット9が水平方向に逃げると同時に駆動シリンダ11が駆動してヒータシャッター7が赤外線ヒータ6上に戻される(F)。
8.赤外線ヒータ6が待機位置まで逃げると、上部駆動シリンダ4が駆動して上部受け台2が下部受け台1側に接近し(G)、図3(B)に示すように部材Aの溶着リブA−2と部材Bの溶着リブB−2を嵌合させながら溶着面A−1、B−1を圧着する。
9.この圧着により、図3(C)に示すように部材AとBの溶着リブA−2、B−2が溶着12し、溶着部からはみ出したバリ13はバリ受け溝A−3、B−3のバリ留め空間14に収められる。このバリ留め空間14の容積は溶着リブA−2、B−2の溶着代(つぶれ代)に対し120〜150%に設定するのが好ましく、本実施例では130%とした。
この溶着29が終ると冷却エアーが図5(H)に示すノズル23から噴出して溶着部が急冷され、部材AとBは固定され、溶着が完了し、上下の受け台1、2は駆動シリンダ4,5により待機位置に戻る(F)。
この溶着29が終ると冷却エアーが図5(H)に示すノズル23から噴出して溶着部が急冷され、部材AとBは固定され、溶着が完了し、上下の受け台1、2は駆動シリンダ4,5により待機位置に戻る(F)。
10. 以上が一連の溶着工程であって、上下の受け台1、2及びヒータユニット9の動作制御、赤外線ヒータ6の加熱制御、赤外線ヒータシャッター7の移動制御、ノズル23からの冷却制御はコントローラ19により行われる。
本実施例はパイプ状の端面同士の溶着としたが、赤外線ヒータ6を溶着部に合わせて形成可能であれば溶着部の形状に制限はなく、溶着面が曲面形状であっても何ら問題は無い。
また、赤外線ヒータ6の発熱容量を上げるためには本実施例のように、2重または3重のコイル状に重ねることが有効であり、溶着幅が広い場合は赤外線ヒータ6を並列に配置することも可能である。
本実施例では被溶着部材A、Bを上下から突き合わせる縦型の装置としたが、被溶着部材A、Bを左右から突き合わせる横型とし、赤外線ヒータユニット9を横方向または上下方向から接近させる装置とすること、または上下左右いずれかの斜め方向から突き合わせる方式とすることも可能である。
この場合、赤外線ヒータシャッター7は赤外線ヒータ6の垂直方向上側に設置することでゴミやホコリの付着を防止することが望ましい。
また、下部受け台1と上部受け台2は、本実施例では双方を上下に夫々駆動させているが、何れか一方のみが上昇又は下降して接近自在としても良い。
1.被溶着物A、Bの材質
A,B:PA66CF30 (ナイロン66 カーボンフィラー30%)
2.被溶着物の大きさ
A,B:外径40mm、内径30mm 高さ50mm
3.溶着リブ φ 35.0mm(外径φ37mm 内径φ33mm)
幅 2.0mm
高さ 1.0mm
4.バリ逃げ溝 溶着リブの両側に
幅 1.0mm
深さ 0.7mm
5.赤外線ヒータ6の寸法 φ35mm3重巻(外径φ40mm 内径φ30mm)
発熱部ガラス管 φ5mm(カーボンヒータ内蔵)
6.赤外線ビータ6の温度 900〜950℃ (サーモグラフィによる測定)
7.溶着部の加熱時間 12秒
8.強度試験方法
引張試験
測定器 引張試験機 ストログラフV10-C (東洋精機製作所製)
9.強度試験結果
引っ張り強度 N=5の平均 18.5Mpa
A,B:PA66CF30 (ナイロン66 カーボンフィラー30%)
2.被溶着物の大きさ
A,B:外径40mm、内径30mm 高さ50mm
3.溶着リブ φ 35.0mm(外径φ37mm 内径φ33mm)
幅 2.0mm
高さ 1.0mm
4.バリ逃げ溝 溶着リブの両側に
幅 1.0mm
深さ 0.7mm
5.赤外線ヒータ6の寸法 φ35mm3重巻(外径φ40mm 内径φ30mm)
発熱部ガラス管 φ5mm(カーボンヒータ内蔵)
6.赤外線ビータ6の温度 900〜950℃ (サーモグラフィによる測定)
7.溶着部の加熱時間 12秒
8.強度試験方法
引張試験
測定器 引張試験機 ストログラフV10-C (東洋精機製作所製)
9.強度試験結果
引っ張り強度 N=5の平均 18.5Mpa
上記実験例と比較のため部材A、部材Bを熱板に接触加熱して溶着したもので強度試験を行った。熱板の温度を290℃、加熱時間を7秒とした以外は同一条件である。
この時の強度は14.5MPaであった。実施例1との差の原因は、
a、部材A、部材B共に熱板に接触した溶着面に溶融樹脂が付着して糸引きが発生。
b、溶着を繰り返すに従って、熱板へ樹脂の付着量が増大すると共に、付着した樹脂に焼きつきが発生。
c、前記付着樹脂により溶着を繰り返したときに加熱ムラが発生。
d、溶着面に設けた溝A−1、及びリブB−1の形状が熱板の離脱時に崩れ、このため溶着面が不揃いになり、溶着部の溶融樹脂が不足し、強度が落ちたと考えられる。
a、部材A、部材B共に熱板に接触した溶着面に溶融樹脂が付着して糸引きが発生。
b、溶着を繰り返すに従って、熱板へ樹脂の付着量が増大すると共に、付着した樹脂に焼きつきが発生。
c、前記付着樹脂により溶着を繰り返したときに加熱ムラが発生。
d、溶着面に設けた溝A−1、及びリブB−1の形状が熱板の離脱時に崩れ、このため溶着面が不揃いになり、溶着部の溶融樹脂が不足し、強度が落ちたと考えられる。
1 下部受け台
2 上部受け台
3 Oリング
4 上部駆動シリンダ
5 下部駆動シリンダ
6 赤外線ヒータ
7 赤外線ヒータシャッター
8 ヒータユニットフレーム
9 ヒータユニット
10 ヒータユニット駆動シリンダ
11 赤外線ヒータシャッター駆動シリンダ
12 溶着部
13 溶着バリ
14 バリ留め空間
19 コントローラ
20 溶着装置
21 下部受冶具
22 上部受冶具
23 ノズル
2 上部受け台
3 Oリング
4 上部駆動シリンダ
5 下部駆動シリンダ
6 赤外線ヒータ
7 赤外線ヒータシャッター
8 ヒータユニットフレーム
9 ヒータユニット
10 ヒータユニット駆動シリンダ
11 赤外線ヒータシャッター駆動シリンダ
12 溶着部
13 溶着バリ
14 バリ留め空間
19 コントローラ
20 溶着装置
21 下部受冶具
22 上部受冶具
23 ノズル
Claims (4)
- a.下部受け台と上部受け台を同軸線上に配置すると共に下部受け台の上面に被溶着部材の一方を固定することができ、上部受け台の下面に被溶着部材のもう一方を固定することができ、更に下部受け台と上部受け台の間隔を任意に制御自在に構成して成る被溶着部材保持手段と、
b.前記被溶着部材保持手段の上下の受け台間に出入り自在のフレームに取り付けられた赤外線ヒータと、
c.前記赤外線ヒータの上部において、赤外線ヒータが赤外線発熱し、被溶着物を加熱している間は当該赤外線ヒータの上部から逃れ、加熱が終了し、被溶着物から赤外線ヒータが逃れている間は当該赤外線ヒータを上部から覆って当該赤外線ヒータを保護するシャッターと、
d.前記溶着部材保持手段の上下の受け台の間隔を制御し、かつ前記赤外線ヒータが上下の受け台に取り付けられた被溶着部材間に出入りするのを制御し、更に前記シャッターの出入りを制御し、更に前記赤外線ヒータの加熱温度を制御するコントローラと、
e.から成る赤外線ヒータを用いる熱溶着装置。 - 前記コントローラにおいて、赤外線ヒータの加熱タイミングは、被溶着部材の溶着面が赤外線ヒータに近接するまでに、あらかじめ設定した温度に達するように制御することを特徴とする請求項1に記載の熱溶装置。
- 前記赤外線ヒータは、被溶着部材の溶着面の形状に沿うように形成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。
- 前記赤外線ヒータは、被溶着部材の溶着面の鉛直方向を向いたコイル形状からなることを特徴とする請求項3に記載の熱溶着装置。
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