JP5592911B2

JP5592911B2 - 熱溶着装置

Info

Publication number: JP5592911B2
Application number: JP2012140945A
Authority: JP
Inventors: 寿彦斉藤; 智志三宅
Original assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Current assignee: Munekata Industrial Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP2014004729A

Description

本発明は、樹脂シート、樹脂フィルムなどの小片（以下「チップ材」と称する。）を熱可塑性樹脂部品に固定する際に用いられる熱溶着装置に関するものである。

近年、携帯電話や自動車用電子部品の高機能化に伴い、これらの熱可塑性樹脂製筐体には完全な密閉性が求められると同時に、温度や気圧の変動による筐体内圧の変化を抑える必要があるため、筐体の一部に通気口を設け、この通気口にベントフィルターと呼ばれる多孔質メンブレンフィルターを溶着固定して防水性と通気性の両立を図っている。

前記ベントフィルターの小片（チップ材）を熱可塑性樹脂製筐体へ溶着固定する場合、手作業での正確な位置決めは難しく作業性も悪いため、前記チップ材の溶着位置への搬送や位置決めの自動化が欠かせない。そこで、特開２００４−１４８６４７号公報には、熱板溶着装置に可動式のフィルム、シート吸着装置を一体化した熱溶着装置が紹介されている。

特開２００４−１４８６４７号公報

しかし、上記特許文献１の場合、チップ材の吸着部は高温の熱板に隣接するため高温になりやすいことから、チップ材が熱影響を受けないようにするために断熱手段を施す必要がある。

さらに、チップ材の搬送中に熱板からの輻射熱の影響を受けないように、チップ材を熱板から離すため、吸着部を熱板に対して進退自在にする必要があるなど構造が複雑となり、装置の大型化は避けられない。

また、上記特許文献１において、溶着部を固化させる時は熱板を離脱させてから冷却するが、離脱の時点で樹脂は溶融した状態のため、チップ材が溶着部から浮き上がりやすく溶着不良が発生しやすい。

前記ベントフィルターの場合、防水性と通気性及び耐候性が求められるため、一般的にはPTFE（ポリテトラフルオロエチレン）を素材とする多孔質メンブレンが用いられるが、PTFEは接着剤、両面テープ、ホットメルトなどによる接着固定には適さないため、この接着固定のためには熱溶着法が採用されている。

この熱溶着法の一つとして、超音波溶着法があるが、PTFEは摩擦係数が低いため超音波ホーンの押圧部とPTFEの間に滑りが発生し、溶着部の発熱が不安定になる。

また、超音波ホーンは連続運転を行うとホーン自体に熱がたまって高温になりやすく、ホーン離脱時に溶着部の固化が十分でなく、チップ材が溶融部から浮き上がりやすいという問題がある。

本発明の目的は、ベントフィルターのようなチップ材を熱可塑性樹脂部品の溶着位置へ
搬送して位置決めを行い、その後の溶着までを連続して行うことができる簡易で小型の熱溶着装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、チップ材を塑性樹脂製品に熱溶着するためのインパルス加熱方式の熱溶着装置であって、この熱溶着装置の溶着チップ本体の先端部には、前記チップ材の溶着形状の輪郭からなる当接面と、この当接面に囲まれた内部には空間部が形成され、この空間部の天面中央部から下向きに吸引パイプを貫通して設けると共にこの吸引パイプの先端にはチップ材を吸着するための吸着パッドを取り付け、この吸着パッドのリップ面を前記当接面と略同一平面内に位置させている。

また、前記空間部の天面の中央部には排気孔が形成されていると共にこの排気孔は前記溶着チップ本体の胴体部に形成した排気スリットと連通し、前記吸引パイプの後端部は、圧縮空気供給装置と空気吸引装置にそれぞれ接続されていると共にこの圧縮空気供給装置と空気吸引装置は、その切り替え手段により前記吸着パッド内を負圧に、又は吸着パッド内の吸引口から圧縮空気を噴射することができるように構成されている。

また、前記熱溶着装置の当接面は、前記溶着対象となるチップ材が配置された位置においてこのチップ材の上面に限りなく接近又は密着したのち、前記吸着パッド内を負圧に形成してチップ材を吸引し、この吸引の作用でチップ材を吸着パッドに密着させて保持し、そのまま前記熱可塑性樹脂製品上の所定の位置まで移動し、ここで下降してチップ材を製品の所定の位置に圧接したのち、前記吸着パッド内の負圧を解き、溶着チップ本体に電圧を印加して当接面を発熱させ、この熱でチップ材を製品に溶着し、その上で圧縮空気を前記吸引口から噴射して前記チップ材の溶着部分と溶着チップ本体を急冷することができるように構成されている。

更に、請求項２に記載の熱溶着装置は、請求項１に記載の熱溶着装置において、前記溶着チップ本体の外側にエアーブローパイプを配設し、チップ材の溶着部分と溶着チップ本体を外側からも急冷することができるように構成したこと、を特徴とするものである。

更に、請求項３に記載の熱溶着装置は、請求項１又は２に記載の熱溶着装置において、前記吸引パイプの外側に冷却エアー通路を形成し、この冷却エアー通路を経由して加熱用チップ内に冷却用エアーを供給して加熱用チップの冷却を促進させることができるように構成したこと、を特徴とするものである。

本発明の熱溶着装置を用いることによって、チップ材の吸着取り出し、搬送、位置決め、熱溶着、冷却固定までの一連の工程を１つの熱溶着装置で連続的に行うことが可能になる。また、チップ材の吸着部と溶着加熱部が一体化された簡易な構造のため、装置全体の小型化が可能であると共に、メンテナンスが容易で安定した熱溶着が可能となる。

熱溶着装置の分解図。熱溶着装置の組み立て図。熱溶着装置の断面図。熱溶着装置とチップ材が台紙に配置された状態を示す説明図。実施例１の熱溶着工程を示すもので、（ａ）は熱溶着前、（ｂ）はチップ材の吸着開始時、（ｃ）はチップ材の搬送状態、（ｄ）は熱溶着位置へ移動した状態、（ｅ）は熱溶着開始の状態、（ｆ）は熱溶着が完了した状態、（ｇ）は冷却中の状態を示す説明図。実施例２における冷却中の状態の説明図。実施例３における冷却中の状態の説明図。

本発明の熱溶着装置は、熱可塑性樹脂製品にチップ材を固定する目的であれば固定物及び被固定物の形状に制限は無い。また、チップ材１２は図４に示すようにシート１３上に配置されていて、シート１３により連続的に供給される場合が多いが、チップ材１２の形状は円形、矩形、多角形、その他任意の形状であっても吸着パッドに吸着が可能であればその形状は問わない。

チップ材１２の材質は、熱可塑性樹脂製品との熱溶着性を有すれば使用可能であり、熱可塑性樹脂のほか、加熱により熱可塑性樹脂製品側の溶融物がチップ材１２に含浸して固定できる布、不織布、ガラス繊維、フェルトなどで形成されたチップ材１２であれば、これらも溶着可能である。

本実施例１は、請求項１に記載した発明に対応する熱溶着装置の構造と溶着工程であって、この詳細を図１〜図５に基づいて説明する。

図１は熱溶着装置１を分解した状態、図２は組み立てた状態、図３は断面図である。

符号の２は加熱用の溶着チップ本体であって、この先端３には環状の当接面４を形成すると共に、前記当接面４より後退した位置の内壁に沿って環状リブ５を形成し、この環状リブ５の中央には通気孔６が形成されている。

前記溶着チップ本体２の先端３の両サイドであって、対称位置には、前記当接面４に近い位置に窓７、７ａを形成し、更にこの窓７，７ａ、から上方に向けてスリット８，８ａを形成して、溶着チップ本体２を陽極と陰極に分け、この陽極と陰極に電源供給のリード線９、９ａが接続されている。

前記溶着チップ本体２の上端部内にはセラミック製絶縁体１１を嵌合し、この絶縁体１１の中心孔１１ａを経由して溶着チップ本体２の当接面４から０．２ｍｍ突出した位置に吸引パイプ１０の先端に装着した吸着パッド１０ａを臨ませて吸引パイプ１０が挿入されている。

なお、吸着パッド１０ａが確実にチップ材１２を吸着するためには、溶着チップ本体２の当接面４より吸着パッド１０ａの先端（リップ面）がわずかに突出することが望ましくその寸法は同一平面〜１．０ｍｍの範囲で吸着パッド１０ａの材質形状に合わせて適宜設定する。

前記吸引パイプ１０の後端部は、圧縮空気供給装置（図示せず）と空気吸引装置（図示せず）にそれぞれ接続されていると共にこの圧縮空気供給装置と空気吸引装置は、コントローラ（図示せず）による切り替えにより、前記吸着パッド１０ａ内を負圧に、又は吸着パッド１０ａ内に圧縮空気を噴射自在に構成されている。

図４は熱溶着装置１とチップ材１２の配置状態の説明図である。熱溶着装置１は、架台（図示せず）に設置された上下及び前後左右に移動可能なアクチュエータ（図示せず）の先端に取り付けられる。前記アクチュエータには３軸制御のエアシリンダー、電動シリンダーまたはロボットなどを用いることが可能である。

チップ材１２は図４に示すように、シート状の台紙１３の上に規則正しく連続的に配置され、供給装置（図示せず）により前記熱溶着装置１の作動に連動して供給される。

次に［図５］（ａ）〜（ｆ）を用いて溶着工程を説明する。

本実施例におけるチップ材１２はPTFEを素材とする多孔質メンブレンでｔ＝０．３ｍｍφ９．０ｍｍである。

溶着チップ本体２の当接面４は外径φ８．０ｍｍ内径φ６．０ｍｍｍ、吸引パイプ１０は外径φ３．０ｍｍ内径φ１．５ｍｍｍ、吸着パッド１０ａは通称フラットパッドと呼ばれる形状で吸引部のリップ外径φ５．０ｍｍである

チップ材１２を溶着する熱可塑性樹脂製品１４には通気口１５が設けられ、熱可塑性樹脂製品１４の溶着面４には通気孔１５をとり囲むように同心環状の溶着リブ１６が形成されている。
溶着リブ１６の寸法は外径φ７．６ｍｍ、内径φ６．４ｍｍｍ、凸０．３ｍｍ，Ｒ０．３ｍｍの断面半円リング状である。

最初に、チップ材１２の吸着、搬送、位置決め工程について説明する。

［図５］（ａ）は、台紙１３に配置されたチップ材１２の上に溶着装置１がスタンバイしている状態である。この状態において、吸引パイプ１０への負圧及び圧縮空気の供給は停止されている。

［図５］（ｂ）は、熱溶着装置１があらかじめ設定された位置まで下降して来て当接面４及び吸引パイプ１０の先端に取り付けた吸着パッド１０ａがチップ材１２に接触し、コントローラの電磁弁切り替えにより吸引パイプ１０に空気吸引装置から負圧がかけられてチップ材１１が吸着パッド１０ａに吸着した状態である。

［図５］（ｃ）は、吸着パッド１０ａに吸着されたチップ材１２が台紙１３から剥離して上昇し、熱可塑性樹脂製品１２向かって搬送されている状態である。

ここでチップ材１２の吸引に必要な負圧は−１０ｋｐａ〜−５０ｋｐａである。負圧が弱いとチップ材１１の吸着パッド１０ａへの吸着が弱く台紙１３からの剥離が困難である。また、負圧が強すぎるとチップ材１２に変形や傷が発生するため、適切な負圧の設定が重要であり、この負圧は、チップ材１２の材質との関係でそのバランスが設定される。

本実施例の場合、必要な負圧力が−１０ｋｐａ〜−５０ｋｐａであるため、ポンプや真空発生装置などの大掛かりな設備は不要である。

本実施例では、工場エアーの圧縮空気から負圧を発生させる装置（株式会社妙徳コンバム CCV-04HS）を用い、負圧の設定は−２０ｋｐａとした。

前記チップ材１２が吸着されたことを確認するために、前記負圧回路内に負圧検知スイッチを組み込んで吸着エラーのチェック回路を組み込むことも有効である。

［図５］（ｄ）は、熱可塑性樹脂製品１４の溶着位置上に移動して来た熱溶着装置１及びチップ材１２は、あらかじめ設定された通気孔１５のセンターに対してＸＹ方向が位置決めされる。次に熱溶着装置１が降下し、チップ材１２が溶着リブ１６に接する位置で停
止し、チップ材１２の位置決めが完了する。この停止位置は、熱可塑性樹脂製品１４と当接面４の隙間がチップ材１２の厚みと同一になるようあらかじめ設定されている。コントローラの電磁弁切り替えにより吸引パイプ１０への負圧化が停止し、吸着パッド１０ａに吸着していたチップ材１２は解放される。

次に、チップ材１２の溶着工程について説明する。

［図５］（ｅ）は、前記工程によってチップ材１２が溶着チップ本体２の当接面４と熱可塑性樹脂製品１４の溶着リブ１６に挟まれた状態である。ここで電源装置（図示せず）からリード線９，９ａに電圧を印加すると電気抵抗により溶着チップ本体２の先端３が発熱する。同時に、溶着装置１に製品方向に適宜な押し圧を加えることにより、溶着チップ本体２の先端３はチップ材１２に圧接される。

発熱した先端３の熱はチップ材１２を加熱すると共にチップ材１２を介して熱可塑性樹脂製品１４の溶着リブ１６にも熱が伝わり、溶着リブ１６は軟化し、溶融温度に達すると溶融する。

［図５］（ｆ）は、溶融した溶着リブ１６はチップ材１２と共に当接面４の押し圧で押しつぶされると同時に溶融した樹脂の一部がチップ材１２（多孔質メンブレン）にも含浸し、チップ材１２は熱可塑性樹脂製品１４と一体に固定された状態である。

熱溶着装置１の降下位置は事前に設定してあり、その降下位置はリブ１６が溶融してチップ材１２に含浸一体化し、チップ材１２の溶着部は破損しない空間が確保出来る値を選ぶ。本実施例ではチップ材１２の厚み０．３ｍｍに対し溶着部１７に０．２ｍｍの空間を設定した。

設定した加熱時間が経過した後、電圧の印加を止めると同時に溶着チップ本体２に設けた吸引パイプ１０から［図５］（ｇ）に示すように冷却エアー１８が供給されるようにコントローラが電磁弁の切り替えを行う。噴出したエアー圧で吸着パッド１０ａのリップ部分が弾性変形し、吸着パッド１０ａとチップ片１２間には隙間が生じてこの隙間から冷却エアー１８が通過し、溶着チップ本体２の先端３を内部から冷却する。

冷却エアー１８は吸引パイプ１０と通気孔６の間隙を経由して窓７，７ａ及びスリット８，８ａから外部に放出される。

冷却エアー１８を吸引パイプ１０と通気孔６の間隙を通過させることで冷却エアー１８が外部に放出される量をコントロールし、溶着チップ本体２の先端３の冷却効率を良くする効果がある。

あらかじめ設定した時間で溶着チップ本体２の先端３及び当接面４が冷却され、溶着部１７の樹脂が固化するとコントローラの電磁弁の切り替えにより冷却エアー１８の供給を止め、熱溶着装置１を上昇させる。この結果チップ材１２は熱可塑性樹脂製品１４の通気口１５の溶着リブ１６に溶着し、固定される。

以上に説明した熱溶着装置１の作動はすべてコントローラにより制御される。

本実施例２は、実施例１の熱溶着装置１において、［図６］のように冷却エアー１８を吸引パイプ１０から供給すると同時に、溶着チップ本体２の外にエアーブローパイプ１９を配置し、このエアーブローパイプ１９より冷却エアー１８ａを供給し、溶着チップ本体２の先端３及び溶着部１７を外側からも冷却する事で冷却効率を上げ、さらに冷却時間を短縮する構成である。

本実施例３は、実施例１の熱溶着装置１において、［図７］のように吸引パイプ１０の外側に冷却流路２０で冷却回路２２を形成し、エルボ２３からこの冷却回路２２を経由して溶着チップ本体２の先端３を冷却し、窓７，７ａから排出することにより、溶着チップ本体２の冷却をより促進させる構成である。

１熱溶着装置
２溶着チップ本体
４当接面
６通気孔
７，７ａ窓
１０吸引パイプ
１０ａ吸着パッド
１１絶縁体
１２チップ材
１３台紙
１４熱可塑性樹脂製品
１５通気口
１６溶着リブ
１７溶融部
１８冷却エアー
１９エアーブローパイプ
２０冷却エアー流路
２１カバー
２２冷却回路
２３エルボ

Claims

ａ．熱溶着性を有する素材で形成されたチップ材を熱可塑性樹脂製品に熱溶着するためのインパルス加熱方式の熱溶着装置であって、この熱溶着装置の溶着チップ本体の先端部には、前記チップ材の溶着形状の輪郭からなる当接面と、この当接面に囲まれた内部には空間部が形成されていること、
ｂ．前記空間部の天面中央部に通気孔を形成し、この通気孔から下向きに吸引パイプを貫通して設けると共にこの吸引パイプの先端に装着した吸着パッドのフレア面は、前記当接面と同一平面〜１．０ｍｍ突出して位置していること、
ｃ．前記空間部の天面の一部には排気口が形成されていると共にこの排気口は前記溶着チップ本体の胴体部に形成した排気スリットと連通していること、
ｄ．前記吸引パイプの後端部は、圧縮空気供給装置と空気吸引装置にそれぞれ接続されていると共にこの圧縮空気供給装置と空気吸引装置は、その切り替え手段により前記吸引パイプの吸引口を負圧に、又は吸引口から圧縮空気を噴射自在に構成されていること、
ｅ．前記溶着装置の当接面は、前記溶着対象となるチップ材が配置された位置においてこのチップ材の上面に限りなく接近又は密着したのち、前記吸着パッドを負圧に形成してチップ材を吸引し、この吸引の作用でチップ材を吸着パッドに密着させて保持し、そのまま前記熱可塑性樹脂製品上の所定の位置まで移動し、ここで下降してチップ材を製品の所定の位置に圧接したのち、前記吸着パッドの負圧を解き、溶着チップ本体に電圧を印加して前記当接面を発熱させ、この熱でチップ材を製品に溶着し、その後、圧縮空気を前記吸着パッドから噴射して前記チップ材の溶着部分と溶着チップ本体の急冷を制御するコントローラを設けたこと、
ｆ．を特徴とする熱溶着性素材で形成されたチップ材を熱可塑性樹脂製品に熱溶着するための溶着装置。
前記溶着チップ本体の外側にエアーブローパイプを配設し、このエアーブローパイプからチップ材の溶着部分と溶着チップ本体に冷却用エアーを噴射して溶着部分と溶着チップ本体を外側からも急冷することができるように構成してなる、請求項１に記載の熱溶着装置。
溶着装置。
前記吸引パイプの外側に冷却エアー流路を形成し、この冷却エアー流路を経由して溶着チップ本体内に冷却用エアーを供給して加熱用チップの冷却を促進させることができるように構成してなる、請求項１に記載の熱溶着装置。