JP5110731B1

JP5110731B1 - 熱可塑性部材の溶着加工装置、方法および加工物

Info

Publication number: JP5110731B1
Application number: JP2012039452A
Authority: JP
Inventors: 政美岡山; 好章上住
Original assignee: 好章上住; 政美岡山
Priority date: 2012-02-26
Filing date: 2012-02-26
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-02-26
Also published as: JP2013173282A

Abstract

【課題】
本発明は、配管と配管の間隙に熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーによるシートにより製作されるジョイント部を装着するにあたり、原材料のシートからジョイント部を加熱した後プレスする溶着法によって製作するのに際して、溶着後の残余部が存在するために搬送する粉体や液体の障害となる課題を解決するものである。
【解決手段】
本発明は前記の状況に鑑み、溶着する部分の端部をオーバーラップさせるようにオーバーラップ部分の前後に支持部を設けることにより残余部の発生を防止し、前記の欠点を除去したことに特徴を持つ。
【選択図】図６

Description

この発明が対象とする被加工物は、接着剤による接着が困難なため、その熱可塑性を利用して加熱による溶着を行なっているシート状の部材で、その厚みの代表例は１ｍｍである。

薬品工場や食品工場において、粉体や液体となっている原材料や製品を搬送するのには工場内に設置された配管を経由するのが通常である。この配管は金属のパイプであり、その直径は例えば２００ｍｍとなっている。しかし、配管と配管との接続部をも金属で接続することは、管内のクリーニングを実施する際にその作業が極めて困難となるため、薬品工場や食品工場のようにその内部を搬送される原材料や製品が高温高圧でない場合は弾性と柔軟性を兼ね備えた熱可塑性部材により製造されたシートを丸めて作られたジョイント部を製作して接続することが通常である。図１にこの状況を例示する。

図１は前記の配管と配管との接続部であるジョイント部の例を示すものである。図１に示すように二つの配管１１と１２との接続部分の間隙にジョイント部１３を設け、そのジョイント部を固定するために前記の二つの配管部を覆うようにバンド１４および１５にて囲ってクランプする。管内のクリーニングを実施する際には前記のバンド１４および１５を取り外し、ジョイント部１３はその弾性を利用して引き抜く。また再度ジョイント部１３を設置するときにはこのジョイント部１３に適宜力を加えて拡げ、配管部を覆ってバンド１４および１５にて囲ってクランプする。

このジョイント部１３として使用される部材はシート状であり、丸めて図１のように筒状の形状とするためには丸めた端部をオーバーラップさせて接合する必要がある。この接合のためには、接着剤を用いる場合と、部材の熱可塑性を利用して加熱し、圧力を加えて接合する溶着と称せられる接着法がある。本発明は溶着法によって材料を接合する装置、方法および被加工物に関する。対象の材料としては、ポリプロピレン・ポリエチレン・ポリ塩化ビニール等の熱可塑性樹脂、またはスチレン系・オレフィン系・塩化ビニール系・ウレタン系・エステル系・アミド系等の熱可塑性エラストマー等がある。

実公昭３８−７４９６号公報

材料の熱可塑性を利用して溶着を行う装置として特許文献１（以下、先行例と称する）がある。この先行例は保温・保冷外装工事を行うに際して、硬質塩化ビニール等を高周波溶着するための装置であって、その構成は先行例の２図であるが、その溶着面を拡大すれば図２が得られる。なお、作図の便宜上直線的に示している。高周波加熱による溶着を行う下部加熱部の上層板２１と中層板２２との間に右側から熱可塑性樹脂シート２３の一端を挿入し、また中層板２２と下層板２４との間に左側から熱可塑性樹脂シート２３の他端を挿入して支持する。その後上部加熱部２５を下方に押圧して溶着が行われることは、先行例に詳細に説明された通りである。

しかし前記の上部加熱部２５を下方に押圧する直前には熱可塑性樹脂シート２３の両端は固定して支持されていなければならない。この目的のためには、熱可塑性樹脂シート２３の両端は前記の如く上層板２１、中層板２２、下層板２４の間に挿入された上でこの３枚の板にて押圧されて支持された部分を存在させる必要がある。このため、溶着完了後の状況を検分すれば、この支持された部分が残余部として残る。図３はこの状況を断面図として示すもので、黒色で塗り潰した部分３１が溶着部であり、上部残余部を３２、下部残余部を３３でそれぞれ示す。

次に、溶着完了後に熱可塑性樹脂シート２３のみを残し、それを支持していた下部加熱部の上層板２１、中層板２２および下層板２４を引き抜けば、残余部３２および３３は支持を失うので自由端となり、溶着面の上部にある残余部３２は上部に跳ね上がり、また溶着面の下部にある残余部３３はジョイント部の中空部、即ち溶着面の下部に垂下することなる。この状況を図４に示す。

図２、図３および図４は溶着面の付近を拡大して観察したものであるが、実際に引用例を用いて製作したジョイント部の断面を見れば、図５の如くになる。そして、溶着部３１の前後に上部残余部３２および下部残余部３３が存在することになる。

図５において上部残余部３２は円筒形をなすジョイント部の外側にあるので不要な突起物となり、図１にて説明したバンド１４および１５にてクランプするときの障害物になるなどの問題を発生させる。さらに、下部残余部３３は円筒形をなすジョイント部の内側に存在する突起物となるので、内部を搬送される粉体や液体の障害物となる。この結果、粉体や液体が詰まる原因となることは明らかである。さらには、粉体や液体の抵抗物となるためちぎれて飛散し、異物となる。異物混入は前述の薬品工場や食品工場においては重大な問題となる。

このような突起部を溶着の完了した後に取り除くことは、特に内側では極めて困難なことは明らかである。たとえある程度は除去できたとしても、溶着部の周囲に突起部が残り、さらに管の内壁と残った突起物との間が隙間となって残る。この隙間に内部を搬送される粉体や液体が滞留し、時間の経過とともに変質し、これまた重大な問題となる。従って、先行例によって前述のジョイント部を製作しても、実用に耐えない。

本発明は前記の状況に鑑み、前記溶着部に付随する残余部の発生を防止するように被加工物の支持を行うものである。本発明による溶着の工程は下記のようになる。
工程１：下部側シート支持板を下部熱板の上部に前記下部熱板の凸部の位置に空隙が位置するように設置する工程、
工程２：シート状の熱可塑性部材の端部を互いにオーバーラップさせる工程、
工程３：前記熱可塑性部材の前記オーバーラップ部を上部熱板の凸部と下部熱板の凸部との間に設置する工程、
工程４：上部側シート支持板を上部熱板の下部に前記上部熱板の凸部の位置に空隙が位置するように設置する工程、
工程５：前記上部熱板の凸部を前記下部熱板の凸部にプレスする工程、
工程６：前記上部熱板と前記下部熱板を加熱する工程。
すなわち、溶着部の端部をオーバーラップさせ、その前後を支持するように被加工物の支持方法を改良することにより、溶着後に残余部の発生しないジョイント部を製作することを目的とする。

本発明によれば、溶着部の端部を予めオーバーラップさせることによって、ジョイント部に残余部が発生しないので、配管部を覆ってバンドにて囲ってクランプするときの障害とならず、また搬送する粉体や液体に混入する異物とならないジョイント部を製作することが出来る。

配管と配管との接続部であるジョイント部の例である。先行例による溶着面を拡大した図である。先行例による溶着完了後の残余部を示す。先行例による溶着完了後の残余部が自由端となる様子を示す。先行例によりジョイント部を製作したときの断面図である。本発明の実施形態を示す断面図である。本発明による下部の熱板とそれに接する下部シート支持板とを単独に取り出して並置した見取図である。本発明による溶着の準備作業の形態を前記被加工物である丸められたシートの上部から見た見取図である。本発明による溶着作業をするための溶着加工装置の全体的な構成を示す。本発明の別の実施形態を示す。本発明の別の実施形態を示す。本発明による加工装置を可搬形にした実施形態を示す。

本実施例においては熱可塑性樹脂であるポリエチレンを被加工物の材料として使用している。溶着時に残余部の発生することなく被加工物である熱可塑性樹脂シートを支持するためには、シート支持板を設置することが必要である。この断面図を図６に示す。図６に示すように、加熱およびプレスを行なう上部熱板６１および下部熱板６２の断面形を凸形とし、被加工物のオーバーラップ部６３の幅を前記熱板の凸部６１−１および６２−１の幅とほぼ同じくするとともに、オーバーラップ部に接しない熱板の部分は加熱用のヒーターを収納するのに十分な幅とする。次に上部熱板６１の凸部６１−１を取り囲む上部シート支持板６４を設置する。図６は断面形状を示すので前記シート支持板６４が２個の部分に分かれているが、これらは同一物の左断面と右断面であり、その関係は次に示す見取図である図７にて明らかである。同様に下部熱板６２の凸部６２−１を取り囲むように下部シート支持板６５を設置する。

図７は前記熱板の片方である下部熱板６２とそれに接する下部シート支持板６５とを単独に取り出して並置した見取図である。図示するように前記下部シート支持板６５は前記下部熱板である６２の凸部６２−１にほぼ嵌合するように空隙７１が開けられており、実際の使用に当たっては前記下部シート支持板６５を前記下部熱板６２に載荷することによって、前記図６にその断面を示すように被加工物２３の左端２３−１と右端２３−２とを前記下部シート支持板６５とが支持する。なお、図７においてロッド７２は溶着加工に際して前記熱板６２を支持するために設けられる。またダイヤルゲージ７３は、前記熱板６２に収納されるヒーターの温度の設定および表示をする機能を持っている。

被加工物である２３の左端２３−１と右端２３−２とを溶着するためには、前記図６に示すように被加工物２３（以下、シートと記載する）を上下方向から支持しなければならない。このためには準備作業が必要であり、その形態を前記被加工物である丸められたシート２３の上部からの見取図として図８に示す。前記被加工物である丸められたシート２３は、前記下部シート支持板６５に金属製の当て板８１−１および８１−２とクリップ８２−１ないし８２−４によって支持される。前記オーバーラップ部６３はこの下部シート支持板６５の上部に示されている。

準備作業は図８上の作業台８３上を利用して実施される。前記作業台８３上に前記被加工物である丸められたシート２３を置き、前記オーバーラップ部６３を上にして置く。前記オーバーラップ部６３は、前記下部シート支持板６５、当て板８１−１および８１−２によって支持されるが、前記下部熱板６２の凸部６２−１の幅とほぼ等しい幅の帯状の形とする。この時点でシートは丸められて支持されており、以後に図９によって示す溶着作業によって前記オーバーラップ部６３を溶着すれば所望のジョイント部１３が得られる。準備作業の最終段階において、前記オーバーラップ部６３を上にしたまま図示しないスペーサーと前記ロッド７２を操作者が持つこととによって浮かせた下部熱板６２がその中に挿入されるように移動する。図８はこの準備作業の最終段階を示すものであって、前記シート支持板が前記下部熱板６２の凸部６２−１に嵌合された状態を示し、前記凸部６２−１の一部が図８において観察できる。

最終的な溶着作業をするための溶着加工装置の全体的な構成を図９に示す。図９において、前記上部熱板６１と下部熱板６２とは、支持ポール９１の周囲に自由に回転するように設置されたアーム９２−１および９２−２によって支点９３−１および９３−２を介して前記支持ポール９１に結合されている。前記上部熱板６１と下部熱板６２との高さの調整は適宜準備した図示しないスペーサーの上に前記アーム９２−１および９２−２を載荷してこれを行なう。９４は前記上部熱板６１と下部熱板６２に電熱ヒーター用の電力を供給するリード線であり、９５はこの加熱温度を制御するためのコントローラーである。また前記図８にて示した形態は下部熱板６２に前記被加工物である丸められたシート２３が挿入されたものであることが理解できよう。

最終的な溶着作業は前記図８の状態において上部より前記上部熱板６１を操作者が下降させて前記オーバーラップ部６３に接近させ、その後前記上部熱板６１に前記上部シート支持板６４を装着してロッド９６を操作して前記オーバーラップ部６３を操作者がプレスして溶着させる。溶着後に前記上部熱板６１を上昇させた後、前記被加工物である丸められたシート２３を引抜くことによって溶着作業が完了する。なお、使用するシートの厚みが厚く、接着面の接着強度を上げるためにオーバーラップ部の幅もそれに対して広げなければならないときは、シートの位置をその長さ方向に少しずつずらせて前記の溶着作業を複数回繰り返すことがある。同じく、使用するシートの厚みが厚く、溶着面の段差によってジョイント部を搬送される材料が漏れるおそれのあるときには、適宜溶着面の面取りを行いこの段差を解消することもある。

前記実施例は円筒状のジョイント部１３を製作する場合を示しているが、本発明の実施は単なる円筒状のジョンイント部のみならず、テーパー状のジョイント部の製作も可能である。すなわち、前記図１において配管１１と配管１２との直径が同一でなく径差がある場合にも本発明を容易に実施することが出来る。

また、前記実施例等によれば、溶着後の用途は前記ジョイント部１３、すなわち円筒形に被加工物を加工するものである。しかし本発明は円筒形に被加工物を加工するのみにはとどまらないことはいうまでもない。図１０は被加工材が平板状の場合の本発明の実施形態を示し、左側のシート材１０１と右側のシート材１０２をオーバーラップ部６３で溶着する形態を示す。この場合にも前記図４に示したような残余部が存在しないため、溶着部の段差が少なく、種々の効果が得られることが期待される。円筒形と平板状との中間形態、すなわち一般的な筒状物体や曲面板状のものにも無論適用が可能である。

また、図１１は図１０と比較すれば明らかなように、オーバーラップ部６３がシートの左右方向と直角ではなく、斜めになっている状況を示す。この方式は前記ジョイント部１３の製作にも適用できるが、この場合はオーバーラップ部６３により発生する僅かな段差が円周方向の一箇所のみでなく、ある範囲にわたって分布するので、特に搬送物の粒径が小さい場合でも漏れが軽減されることが期待される。

図９に示すものは据置型を想定しているが、可搬形として構成することも可能である。図１２は前記可搬形の実施形態例を示し、図９に示す溶着加工装置の下部にキャスター１２０１を装着したものである。可搬形とすることによって、小型トラックおよび人力等によって前記ジョイント部１３が設置される前記薬品工場や食品工場の現場に運搬し、弾力があるため事前に設計することが困難なジョイント部１３を前記配管１１および１２の現物に最も良くフィットするように溶着加工することが出来るという付加的な効果を発現する。

なお、前記実施例においては操作者、すなわち人手によって各々の加工の工程を進めているが、能率的に行なうためにそれぞれを自動化しても良く、前期実施例と同様の効果を発揮することは言うまでもない。

実施例１ないし５においては熱可塑性樹脂であるポリエチレンを被加工物の材料として使用している。しかし被加工物の材料としてはポリエチレン以外にポリプロピレン・ポリ塩化ビニール等の熱可塑性樹脂、またはスチレン系・オレフィン系・塩化ビニール系・ウレタン系・エステル系・アミド系等の熱可塑性エラストマー等を用いても同様の効果があることも明らかである。

これまでに記載した内容は熱可塑性部材の溶着加工装置および方法であったが、前記の溶着加工装置または溶着加工方法によって製作された加工物も本発明のみによってその特徴である前記残余部を持たず、本発明の特徴を発現することは明らかである。前記加工物としては筒状、平板状、曲面板状の形状を有するものを初めとして、すべての製造物にかかわるものである。

以上説明したように、本発明によれば薬品工場や食品工場において、粉体や液体となっている原材料や製品を搬送する配管を接続する熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーのシートを部材に用いて、溶着によって製作されるジョイント部において、配管部を覆ってバンドにて囲ってクランプするときの障害とならず、また搬送する粉体や液体に混入する異物とならないジョイント部を製作することが出来る。

１１配管
１２配管
１３ジョイント部
１４バンド
１５バンド
２１下部加熱部の上層板
２２下部加熱部の中層板
２３被加工物
２３−１被加工物の左端
２３−２被加工物の右端
２４下部加熱部の下層板
２５上部加熱部
３１溶着部
３２上部残余部
３３下部残余部
６１上部熱板
６１−１上部熱板の凸部
６２下部熱板
６２−１下部熱板の凸部
６３オーバーラップ部
６４上部シート支持板
６５下部シート支持板
７１下部シート支持板の空隙
７２下部熱板のロッド
７３ダイヤルゲージ
８１−１当て板
８１−２当て板
８２−１〜８２−４クリップ
８３作業台
９１支持ポール
９２−１アーム
９２−２アーム
９３−１支点
９３−２支点
９４リード線
９５加熱温度制御コントローラー
９６上部熱板のロッド
１０１シート材
１０２シート材
１２０１キャスター

Claims

シート状に形成されるとともに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール、またはスチレン系、オレフィン系、塩化ビニール系、エステル系、アミド系の熱可塑性エラストマーの何れか一つまたは複数からなる熱可塑性部材の端部を互いにオーバーラップさせた部分を熱溶着するための上部熱板および下部熱板と、前記上部熱板と前記下部熱板
との相対する部分にそれぞれ設けられ、前記熱可塑性部材のオーバーラップ部をプレスするとともに加熱する凸部と、前記下部熱板の前記凸部の位置に空隙を設けて配置された下部側シート支持板と、前記上部熱板の前記凸部の位置に空隙を設けて配置された上部側シート支持板とを備えたことを特徴とする熱可塑性部材の熱溶着加工装置。
下部側シート支持板を下部熱板の上部に前記下部熱板の凸部の位置に空隙が位置するように設置する工程と、シート状に形成されるとともに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール、またはスチレン系、オレフィン系、塩化ビニール系、エステル系、アミド系の熱可塑性エラストマーの何れか一つまたは複数からなる熱可塑性部材の端部を互いにオーバーラップさせる工程と、前記熱可塑性部材の前記オーバーラップ部を上部熱板の凸部と下部熱板の凸部との間に設置する工程と、上部側シート支持板を上部熱板の下部に前記上部熱板の凸部の位置に空隙が位置するように設置する工程と、前記上部熱板の凸部を前記下部熱板の凸部にプレスする工程と、前記上部熱板と前記下部熱板を加熱する工程とを備えたことを特徴とする熱可塑性部材の熱溶着加工方法。
下部側シート支持板を下部熱板の上部に前記下部熱板の凸部の位置に空隙が位置するように設置する工程と、シート状に形成されるとともに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール、またはスチレン系、オレフィン系、塩化ビニール系、ウレタン系、エステル系、アミド系の熱可塑性エラストマーの何れか一つまたは複数からなる熱可塑性部材の端部を互いにオーバーラップさせる工程と、前記熱可塑性部材の前記オーバーラップ部を上部熱板の凸部と下部熱板の凸部との間に設置する工程と、上部側シート支持板を上部熱板の下部に前記上部熱板の凸部の位置に空隙が位置するように設置する工程と、前記上部熱板の凸部を前記下部熱板の凸部にプレスする工程と、前記上部熱板と前記下部熱板を加熱する工程を経て製造されたことを特徴とする加工物。
シート状に形成されるとともに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール、またはスチレン系、オレフィン系、塩化ビニール系、ウレタン系、エステル系、アミド系の熱可塑性エラストマーの何れか一つまたは複数からなる熱可塑性部材の端部を互いにオーバーラップさせた部分を熱溶着するための上部熱板および下部熱板と、前記上部熱板と前記下部熱板との相対する部分にそれぞれ設けられ、前記熱可塑性部材のオーバーラップ部をプレスするとともに加熱する凸部と、前記下部熱板の前記凸部の位置に空隙を設けて配置された下部側シート支持板と、前記上部熱板の前記凸部の位置に空隙を設けて配置された上部側シート支持板とを備え、さらに下部に車輪を設置することにより可搬形に構成することを特徴とする熱可塑性部材の熱溶着加工装置。