熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法
【課題】発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材のように内部に空隙を含むプラスチック板材であっても低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着すること。
【解決手段】互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に配置され、輻射熱により非接触で複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を加熱するヒータユニット２と、ヒータユニット２による加熱時に複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を向かい合わせた状態で保持するとともに、ヒータユニット２による加熱後、複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士を圧接させる下吸着台３０および上吸着台４０を有する。
【解決手段】互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に配置され、輻射熱により非接触で複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を加熱するヒータユニット２と、ヒータユニット２による加熱時に複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を向かい合わせた状態で保持するとともに、ヒータユニット２による加熱後、複数の熱可塑性プラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士を圧接させる下吸着台３０および上吸着台４０を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性を有するプラスチックにより形成された熱可塑性プラスチック材同士を溶着によって接合する熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱可塑性を有するプラスチックにより形成された発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材等のプラスチック材同士を互いに溶着する方法としては、超音波溶着法、振動溶着法、熱風溶着法やヒータ板挿入による溶着法などが知られている。
【０００３】
超音波溶着法では、２枚のプラスチック板材を重ねて固定台に載せ、上側のプラスチック板材に超音波振動子（ホーン）を強く押し当てて超音波の縦波を加える。こうすると上側のプラスチック板材の中を超音波が伝わり、下側のプラスチック板材との境界面で超音波の振動エネルギが熱エネルギに転じて境界面を溶かし、両者を溶着させる。
【０００４】
振動溶着法では、２枚のプラスチック板材を重ねて予め滑り防止加工を施した固定台に載せ、上側のプラスチック板材の表面に同じく滑り防止加工を施した音波振動子を強く押し当てて横方向に音波周波数で振動させることにより、プラスチック板材の境界面に摩擦熱を生じさせ、境界面を溶かして両者を溶着させる。
【０００５】
熱風溶着法では、溶着する２枚のプラスチック板材の溶着したい表面をそれぞれ同時に熱風で溶かし、互いに押し当てて両者を溶着させる。また、ヒータ板挿入による溶着法では、溶着する２枚のプラスチック板材の溶着したい部分でヒータ板を挟んでおき、ヒータ板の温度を上げて両者が溶けたところでヒータ板を抜き、プラスチック板材を互いに押し当てて両者を溶着させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材のように内部に空隙を含むプラスチック板材を溶着する場合、超音波溶着法では、超音波がホーンを当てた側のプラスチック板材の中で減衰して熱に転じてしまうので、ホーンがプラスチック板材を溶かして中にめり込んでしまうという問題がある。めり込んだホーンの下には薄い溶融プラスチックの層が発生するが、この溶融プラスチック層が他方のプラスチック板材に十分入り込んだ状態で溶着することになり、プラスチック板材の性状を保ったまま溶着することはできない。
【０００８】
振動溶着法では、発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材の性状を保ったまま溶着することは可能であるが、音波振動子が振動する際に大音響を発するので、防音設備を要することになり、作業性に欠けるとともに、コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
熱風溶着法では、大量の空気を加熱して強制対流によってプラスチック板材の表面を溶かすので熱エネルギの無駄が多く、また、プラスチック板材の表面の溶融状態を正確にコントロールすることが難しい。ヒータ板挿入による溶着法では、プラスチック板材が溶けてからヒータ板を抜くときに、２枚のプラスチック板材の間から溶けたプラスチックがヒータ板と一緒に飛び出すため、溶着箇所が変形してしまい、溶着後の外観が悪くなってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明においては、発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材のように内部に空隙を含むプラスチック板材であっても、熱エネルギの無駄が少なく、低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着することが可能な熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の熱可塑性プラスチック材の溶着装置は、互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置され、輻射熱により非接触で前記複数の熱可塑性プラスチック材を加熱するヒータと、ヒータによる加熱時に複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持するとともに、ヒータによる加熱後、複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接させる保持装置とを有するものである。
【００１２】
また、本発明の熱可塑性プラスチック材の溶着方法は、互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持し、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置したヒータの輻射熱により複数の熱可塑性プラスチック材を非接触で加熱し、複数の熱可塑性プラスチック材の表面を溶融させること、熱可塑性プラスチック材の表面が溶融した後、複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接することを含む。
【００１３】
これらの発明によれば、互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置されたヒータの輻射熱により複数の熱可塑性プラスチック材が非接触で加熱され、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の表面が短時間で同時に溶融する。そして、これらの表面が溶融した複数の熱可塑性プラスチック材同士が圧接されることにより、熱可塑性プラスチック材同士が溶着される。
【００１４】
ここで、ヒータは、保持装置により保持される熱可塑性プラスチック材の間に進退可能なものであって、複数の熱可塑性プラスチック材の間に進行させた状態で加熱を行い、複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させるものであることが望ましい。
【００１５】
これにより、溶着前の熱可塑性プラスチック材の表面の溶融を、熱可塑性プラスチック材を移動させずにヒータ側を移動させて行うことができるので、熱可塑性プラスチック材の位置合わせが容易となる。また、溶着後の位置ずれを防ぐことができるので、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００１６】
また、ヒータは、輻射熱が照射される範囲を限定するマスクを備えたものであることが望ましい。ヒータからの輻射熱は全方向に発せられるので、マスクによってその輻射熱が照射される範囲を限定することで、熱可塑性プラスチック材の表面の所望の部分のみを溶融して溶着することが可能となる。
【００１７】
また、保持装置は、熱可塑性プラスチック材をエアーの吸引によって平板に吸着して保持するものであることが望ましい。エアーの吸引によって平板に吸着して保持することで、熱可塑性プラスチック材の熱膨張に関わらず、熱可塑性プラスチック材の変形を防ぐことができ、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００１８】
また、上記保持装置の熱可塑性プラスチック材を吸引する平板には温度センサを備えることが望ましい。これにより熱可塑性プラスチック材の加熱状態を検出し、溶着を最適に制御することが可能となる。
【００１９】
また、ヒータは、通電により発熱し、弾性体により所定の引張力が加えられて保持された金属製の帯状板の電熱ヒータであることが望ましい。これにより、加熱の時間的な変化を容易に制御することが可能となるとともに、加熱によって電熱ヒータが膨張変形しても弾性体により引っ張られてその真っ直ぐな状態が維持されるので、狂いのない輻射熱放射を維持することが可能となる。
【００２０】
また、電熱ヒータには、窒素や炭酸ガスなどの酸化を防ぐ気体を供給する構成とすることが望ましい。これにより、発熱により高温となった電熱ヒータの酸化による劣化を抑え、電熱ヒータの寿命を延ばすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
（１）互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持し、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置したヒータの輻射熱により複数の熱可塑性プラスチック材を非接触で加熱し、複数の熱可塑性プラスチック材の表面を溶融させ、熱可塑性プラスチック材の表面が溶融した後、複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接する構成により、熱可塑性プラスチック材の加熱時に、その加熱面には一切何も接触しないので、溶解箇所が変形することがなく、また、輻射熱により短時間で複数の熱可塑性プラスチック材の表面を同時に溶融させることができるので、エネルギの無駄が少なく、低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着することが可能となる。
【００２２】
（２）ヒータが、保持装置により保持される熱可塑性プラスチック材の間に進退可能なものであって、複数の熱可塑性プラスチック材の間に進行させた状態で加熱を行い、複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させるものであることにより、溶着前の熱可塑性プラスチック材の表面の溶融を、熱可塑性プラスチック材を移動させずにヒータ側を移動させて行うことができるので、熱可塑性プラスチック材の位置合わせが容易となり、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００２３】
（３）ヒータが、輻射熱が照射される範囲を限定するマスクを備えたものであることにより、ヒータからの輻射熱は全方向に発せられるが、マスクによってその輻射熱が照射される範囲が限定されることで、熱可塑性プラスチック材の表面の所望の部分のみを溶融して溶着することが可能となる。これにより、互いに溶着したい熱可塑性プラスチック材の表面の余計な部分が溶融することがなくなり、溶着後の外観をより良好にすることが可能となる。
【００２４】
（４）保持装置が、熱可塑性プラスチック材をエアーの吸引によって平板に吸着して保持するものであることにより、熱可塑性プラスチック材の加熱状態に関わらず、熱可塑性プラスチック材の変形を防ぐことができ、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００２５】
（５）ヒータが、通電により発熱する電熱ヒータであることにより、加熱の時間変化を正確に制御することが可能となり、溶着対象の熱可塑性プラスチック材の状態に応じて最適に加熱することが可能となる。
【００２６】
（６）ヒータが、弾性体により所定の引張力が加えられて保持された金属製の帯状板であることにより、同じ温度の線状のヒータに比べて熱を放射する面の面積が大きく、それだけ強力な輻射熱を発生することができる。また、加熱によって帯状板が変形しても弾性体により引っ張られてその真っ直ぐな状態が維持されるので、狂いのない輻射熱放射を維持することが可能となり、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略構成を示すブロック図、図２は本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略断面図、図３は図２の溶着装置のヒータユニットの詳細を示す図であって、（ａ）は上部照射マスクを取り外した状態を示す上面図、（ｂ）は上部照射マスクを取り付けた状態を示す上面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置１は、熱可塑性プラスチック材（以下、「プラスチック材」と称す。）の溶着面を加熱するためのヒータユニット２と、ヒータユニット２をプラスチック材の溶着面に対して進退させるためのヒータ進退機構３と、互いに溶着する２つのプラスチック材を保持するための保持装置４と、プラスチック剤をエアーの吸引によって保持装置４に吸着するための吸引装置５と、互いに溶着するプラスチック材をガイドして位置決めするためのガイド装置６と、温度、位置、電圧や電流などを検知する各種センサ７と、溶着装置１の動作状態の表示や操作を行うための表示操作盤８と、溶着装置１の状態を記録する記録装置９と、溶着装置１の各部を制御する制御装置１０とから構成される。
【００２９】
ヒータユニット２は、互いに溶着する２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2（図４Ｆ参照。）の間に配置されて、これらの２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2を輻射熱により非接触で加熱するものである。ヒータユニット２は、図２に示すように、主に、通電により発熱する電熱ヒータ装置１１と、この電熱ヒータ装置１１を収容するケースであるとともに電熱ヒータ装置１１の輻射熱が照射される範囲を限定するマスク機能を有するケース兼マスク１２と、電熱ヒータ装置１１に通電して発熱させるための電源装置（図示せず。）と、窒素供給管２５とから構成される。
【００３０】
ケース兼マスク１２は、図３に示すように、下部照射マスク１２ａと上部照射マスク１２ｂとから構成されている。下部照射マスク１２ａおよび上部照射マスク１２ｂには、それぞれ照射範囲を限定するための開口部１３ａ，１３ｂが設けられている。
【００３１】
電熱ヒータ装置１１は、図３に示すように、金属製の真っ直ぐな帯状板であるヒータ板１４と、ヒータ板１４の一端に固定された固定電極用ヒータ板固定金具１５と、ヒータ板１４の他端に固定されたスライド電極用ヒータ板固定金具１６と、下部照射マスク１２ａに固定されるとともに固定電極用ヒータ板固定金具１５が固定される固定電極１７と、スライド電極用ヒータ板固定金具１６に固定されるスライド電極１８と、一端がスライド電極１８に連結され、スライド電極１８に所定の引張力を加えて保持する弾性体としての引きばね１９と、下部照射マスク１２ａに固定されるとともに引きばね１９の他端が連結された固定電極２０と、スライド電極１８と固定電極２０とを電気的接続する多芯リード線２１と、固定電極１７，２０と電源装置とを電気的接続する電源ケーブル２２，２３とから構成される。
【００３２】
この構成の電熱ヒータ装置１１では、電源装置から供給される電力が、一方は電源ケーブル２２、固定電極１７および固定電極用ヒータ板固定金具１５を通じて、他方は電源ケーブル２３、固定電極２０、多芯リード線２１、スライド電極１８およびスライド電極用ヒータ板固定金具１６を通じて、ヒータ板１４に通電される。ここで、ヒータ板１４が長さ３０ｃｍ程度幅１〜２ｃｍ程度、厚さ０．１ｍｍ程度のステンレス鋼製の板の場合、出力数ボルト程度の降圧トランスを介して２０〜４０Ａの電流を加えると、ヒータ板１４は黄色に発光し、強烈な輻射熱を発する。このとき、ヒータ板１４は温度上昇によって延びるが、引きばね１９により所定の引張力が加えられて保持されているため、スライド電極１８が固定電極１７から離れる方向にスライド（移動）し、真っ直ぐな状態に維持される。
【００３３】
窒素供給管２５は、ヒータの酸化を防ぐ気体として窒素ガスをケース兼マスク１２内に供給するものである。供給される窒素ガスは、窒素供給管２５に形成されたスリット状の窒素吹き出し口２６からヒータ板１４の下方へ向けてゆっくりと供給される。ヒータ板１４の下方へ供給された窒素ガスは、ヒータ板１４の熱による上昇気流でゆっくりとヒータ板１４を覆い、ヒータ板１４の酸化を抑える。これにより、ヒータ板１４の寿命を延ばすことができる。なお、窒素ガスに代えて炭酸ガスなどの他の酸化防止ガスを用いることも可能である。
【００３４】
図１に戻って、ヒータ進退機構３は、ヒータユニット２を保持装置４により保持されるプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に進退させるものである。ヒータ進退機構３は、ヒータユニット２を加熱時には２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に進行させた状態とし、圧接時には２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間から待避させた状態とする。
【００３５】
保持装置４は、下側に配置される下吸着台３０と、上側に配置される上吸着台４０とから構成される。下吸着台３０は、多数の開孔３１が設けられた平板３２により上面が形成された中空の箱であり、吸引装置５が接続される吸引口３３を備える。一方、上吸着台４０は、多数の開孔４１が設けられた平板４２により下面が形成された中空の箱であり、吸引装置５が接続される吸引口４３を備える。平板３２，４２には、保持するプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の温度を測定するためのサーミスタなどの温度センサ（図示せず。）が設けられている。
【００３６】
吸引装置５は、下吸着台３０および上吸着台４０の各吸引口３３，４３からエアーを吸引することにより、それぞれの開孔３１，４１に陰圧を生じさせ、この陰圧によりプラスチック材Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ下吸着台３０の平板３２の上面および上吸着台４０の平板４２の下面に吸着させるものである。
【００３７】
ガイド装置６は、下吸着台３０により保持するプラスチック材Ｐ1の位置決めを行うための下ガイド６０と、上吸着台４０により保持するプラスチック材Ｐ2の位置決めを行うための上ガイド６１とから構成される。
【００３８】
次に、上記構成のプラスチック材の溶着装置１の動作について、図４Ａ〜Ｊを参照して説明する。図４Ａ〜Ｊは図１の溶着装置１による溶着工程を示す説明図である。
【００３９】
まず、図４Ａに示すように、下吸着台３０の先端部にガイド装置６の下ガイド６０を、その上方に上ガイド６１を配置する。このとき、下ガイド６０の先端部６０ａは、下吸着台３０の上面よりも上に突き出るように配置され、図４Ｂに示すようにプラスチック材Ｐ1は、その先端がこの下ガイド６０の先端部６０ａに突き合わされることで位置決めされるようになっている。また、上ガイド６１の先端にはストッパ部６１ａが形成されており、図４Ｂに示すようにプラスチック材Ｐ2は、その先端がこの上ガイド６１上のストッパ部６１ａに突き合わされることで位置決めされるようになっている。また、この上ガイド６１の位置は、下吸着台３０上に配置されるプラスチック材Ｐ1と、この上ガイド６１上に配置されるプラスチック材Ｐ2とが、溶着代の分だけ重ね合わさる位置に配置される。
【００４０】
次に、図４Ｂに示すように、２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ下吸着台３０上および上ガイド６１上に配置する。このとき、前述のようにプラスチック材Ｐ1は、その先端が下ガイド６０の先端部６０ａに突き合わされるように、プラスチック材Ｐ2は、その先端が上ガイド６１上のストッパ部６１ａに突き合わされるように配置される。そして、図４Ｃに示すように、上ガイド６１上に配置されたプラスチック材Ｐ2上に、上吸着台４０が配置され、図４Ｄに示すように、吸引装置５により下吸着台３０および上吸着台４０の各吸引口３３，４３からエアーを吸引して、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ下吸着台３０の平板３２の上面および上吸着台４０の平板４２の下面に吸着させる。
【００４１】
次に、図４Ｅに示すように、下ガイド６０および上ガイド６１を退避させ、図４Ｆに示すように、ヒータユニット２を、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に進行させる。そして、電熱ヒータ装置１１に通電し、ヒータ板１４から発せられる輻射熱によりプラスチック材Ｐ1，Ｐ2を例えば５秒程度加熱する。このとき、ヒータ板１４は温度上昇によって延びるが、引きばね１９によって所定の引張力が加えられて保持されているため、真っ直ぐな状態に維持され、上下のプラスチック材Ｐ1，Ｐ2との間の距離は一定に保たれる。
【００４２】
その後、ヒータユニット２をプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間から待避させ、図４Ｇに示すように、上吸着台４０を下降させて圧接する。このとき、下ガイド６０の高さを調節しておき、上吸着台４０が下ガイド６０に当接する位置まで下降させるようにすることで、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士のめり込み深さを設定することができる。
【００４３】
そして、図４Ｈに示すように、下吸着台３０および上吸着台４０のそれぞれの先端部の扉３４，４４を解放し、下吸着台３０および上吸着台４０の内部に外気を通過させて、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の溶着部を冷却する。プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の溶着箇所が冷えて固まると溶着は完了する。次に、図４Ｉに示すように、吸引装置５による下吸着台３０および上吸着台４０の各吸引口３３，４３からのエアーの吸引を停止し、上吸着台４０を除去する。最後に、図４Ｊに示すように溶着済みのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2を除去する。
【００４４】
以上のように、本実施形態における溶着装置１では、互いに溶着する２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に配置されたヒータ板１４の輻射熱によりこれらのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2が非接触で加熱され、これらのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面が短時間で同時に溶融する。そして、これらの表面が溶融したプラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士が圧接されることにより、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士が溶着され、強固に接合される。
【００４５】
このように本実施形態における溶着装置１では、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の加熱時に、その加熱面には一切何も接触しないので、溶解箇所が外力で変形することがなく、また、輻射熱により短時間で２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面を同時に溶融させることができるので、エネルギの無駄が少なく、低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着することが可能である。
【００４６】
また、本実施形態における溶着装置１では、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を移動させずにヒータユニット２側を移動させて、溶着するプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面の溶融を行うので、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を溶融前に位置合わせするだけで位置合わせが完了する。また、溶着後の位置ずれを防ぐことができるので、高精度な溶着を行うことが可能である。
【００４７】
また、本実施形態における溶着装置１では、ヒータユニット２のヒータ板１４からの輻射熱は全方向に発せられるが、その輻射熱が照射される範囲はケース兼マスク１２によって限定されるので、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面の所望の部分のみを溶融して溶着することが可能である。これにより、互いに溶着したいプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面の余計な部分が溶融することがなくなり、溶着後の外観をより良好にすることが可能である。
【００４８】
また、本実施形態における溶着装置１では、保持装置４が、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2をエアーの吸引によって常に下吸着台３０および上吸着台４０の平板３２，４２に吸着して保持するので、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の加熱状態に関わらず、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の変形を防いでいる。したがって、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の加熱時の熱膨張による変形を防ぐことができ、高精度な溶着を行うことが可能である。
【００４９】
また、本実施形態における溶着装置１では、ヒータ板１４が、通電により発熱する電熱ヒータであるため、このヒータ板１４の加熱の時間変化を正確に制御することが可能であり、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の状態に応じて最適に加熱することが可能である。
【００５０】
また、本実施形態における溶着装置１では、ヒータ板１４が、引きばね１９により所定の引張力が加えられて保持されているので、加熱によってヒータ板１４が変形しても引きばね１９より引っ張られてその真っ直ぐな状態が維持される。これにより、上下のプラスチック材Ｐ1，Ｐ2との間の距離は一定に保たれるので、狂いのない輻射熱放射を維持することが可能となり、高精度な溶着を行うことが可能である。
【００５１】
以上のように、本実施形態における溶着装置１では、位置合わせが容易であり、輻射熱の強さや加熱時間、加熱範囲などの溶着条件を制御することが容易であることから、作業性に優れている。例えば、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2のセットと除去に８秒、加熱時間５秒、冷却時間７秒の場合、１回の溶着作業に２０秒を要するが、これを現在広く使われている熱風溶着法における１回の溶着作業の約１分以上と比べれば、所要時間が１／３以下となる。また溶着装置１では、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2のセットと除去に人手を想定しているが、溶着開始から冷却までは機械による自動化が容易なので、一人の作業者が同時に２台の自動化した溶着装置１で交互に作業することにすればさらに作業性を高めることができる。
【００５２】
また、従来の熱風溶着法では１回の溶着作業で１ｋＷのヒートガンを約１分間（６０秒）作動させるのが普通であり、６０ｋＪのエネルギを消費する。これに対して、本実施形態における溶着装置１では、例えば１０Ｖ、４０Ａ、５秒間の通電の場合、加熱に要するエネルギは４００Ｗ×５ｓ＝２ｋＪに過ぎない。１回の溶着作業に２０秒間かかり、加熱以外の各種装置の電力が時間平均５００Ｗとすれば、１回の溶着作業で使う各種装置のエネルギは１０ｋＪとなるので、１回の溶着に要するエネルギの総和は１２ｋＪとなる。これは上記従来の熱風溶着法に比べて１／５のエネルギに過ぎない。このように、本実施形態における溶着装置１はエネルギの節約にも効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ポリプロピレンなどの熱可塑性を有するプラスチックにより形成された熱可塑性プラスチック材同士を溶着により接合する熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法として有用である。特に、本発明は、発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材等のように内部に空隙を含むプラスチック材同士を互いに接合して、その溶着物としてのプラスチック製の容器や器具等を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略断面図である。
【図３】図２の溶着装置のヒータユニットの詳細を示す図であって、（ａ）は上部照射マスクを取り外した状態を示す上面図、（ｂ）は上部照射マスクを取り付けた状態を示す上面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４Ａ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｂ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｃ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｄ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｅ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｆ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｇ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｈ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｉ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｊ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 溶着装置
２ ヒータユニット
３ ヒータ進退機構
４ 保持装置
５ 吸引装置
６ ガイド装置
７ 各種センサ
８ 表示操作盤
９ 記録装置
１０ 制御装置
１１ 電熱ヒータ装置
１２ ケース兼マスク
１２ａ 下部照射マスク
１２ｂ 上部照射マスク
１３ａ，１３ｂ 開口部
１４ ヒータ板
１５ 固定電極用ヒータ板固定金具
１６ スライド電極用ヒータ板固定金具
１７ 固定電極
１８ スライド電極
１９ 引きばね
２０ 固定電極
２１ 多芯リード線
２２，２３ 電源ケーブル
２５ 窒素供給管
２６ 窒素吹き出し口
３０ 下吸着台
３１ 開孔
３２ 平板
３３ 吸引口
４０ 上吸着台
４１ 開孔
４２ 平板
４３ 吸引口
６０ 下ガイド
６０ａ 先端部
６１ 上ガイド
６１ａ ストッパ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性を有するプラスチックにより形成された熱可塑性プラスチック材同士を溶着によって接合する熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱可塑性を有するプラスチックにより形成された発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材等のプラスチック材同士を互いに溶着する方法としては、超音波溶着法、振動溶着法、熱風溶着法やヒータ板挿入による溶着法などが知られている。
【０００３】
超音波溶着法では、２枚のプラスチック板材を重ねて固定台に載せ、上側のプラスチック板材に超音波振動子（ホーン）を強く押し当てて超音波の縦波を加える。こうすると上側のプラスチック板材の中を超音波が伝わり、下側のプラスチック板材との境界面で超音波の振動エネルギが熱エネルギに転じて境界面を溶かし、両者を溶着させる。
【０００４】
振動溶着法では、２枚のプラスチック板材を重ねて予め滑り防止加工を施した固定台に載せ、上側のプラスチック板材の表面に同じく滑り防止加工を施した音波振動子を強く押し当てて横方向に音波周波数で振動させることにより、プラスチック板材の境界面に摩擦熱を生じさせ、境界面を溶かして両者を溶着させる。
【０００５】
熱風溶着法では、溶着する２枚のプラスチック板材の溶着したい表面をそれぞれ同時に熱風で溶かし、互いに押し当てて両者を溶着させる。また、ヒータ板挿入による溶着法では、溶着する２枚のプラスチック板材の溶着したい部分でヒータ板を挟んでおき、ヒータ板の温度を上げて両者が溶けたところでヒータ板を抜き、プラスチック板材を互いに押し当てて両者を溶着させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材のように内部に空隙を含むプラスチック板材を溶着する場合、超音波溶着法では、超音波がホーンを当てた側のプラスチック板材の中で減衰して熱に転じてしまうので、ホーンがプラスチック板材を溶かして中にめり込んでしまうという問題がある。めり込んだホーンの下には薄い溶融プラスチックの層が発生するが、この溶融プラスチック層が他方のプラスチック板材に十分入り込んだ状態で溶着することになり、プラスチック板材の性状を保ったまま溶着することはできない。
【０００８】
振動溶着法では、発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材の性状を保ったまま溶着することは可能であるが、音波振動子が振動する際に大音響を発するので、防音設備を要することになり、作業性に欠けるとともに、コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
熱風溶着法では、大量の空気を加熱して強制対流によってプラスチック板材の表面を溶かすので熱エネルギの無駄が多く、また、プラスチック板材の表面の溶融状態を正確にコントロールすることが難しい。ヒータ板挿入による溶着法では、プラスチック板材が溶けてからヒータ板を抜くときに、２枚のプラスチック板材の間から溶けたプラスチックがヒータ板と一緒に飛び出すため、溶着箇所が変形してしまい、溶着後の外観が悪くなってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明においては、発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材のように内部に空隙を含むプラスチック板材であっても、熱エネルギの無駄が少なく、低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着することが可能な熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の熱可塑性プラスチック材の溶着装置は、互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置され、輻射熱により非接触で前記複数の熱可塑性プラスチック材を加熱するヒータと、ヒータによる加熱時に複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持するとともに、ヒータによる加熱後、複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接させる保持装置とを有するものである。
【００１２】
また、本発明の熱可塑性プラスチック材の溶着方法は、互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持し、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置したヒータの輻射熱により複数の熱可塑性プラスチック材を非接触で加熱し、複数の熱可塑性プラスチック材の表面を溶融させること、熱可塑性プラスチック材の表面が溶融した後、複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接することを含む。
【００１３】
これらの発明によれば、互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置されたヒータの輻射熱により複数の熱可塑性プラスチック材が非接触で加熱され、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の表面が短時間で同時に溶融する。そして、これらの表面が溶融した複数の熱可塑性プラスチック材同士が圧接されることにより、熱可塑性プラスチック材同士が溶着される。
【００１４】
ここで、ヒータは、保持装置により保持される熱可塑性プラスチック材の間に進退可能なものであって、複数の熱可塑性プラスチック材の間に進行させた状態で加熱を行い、複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させるものであることが望ましい。
【００１５】
これにより、溶着前の熱可塑性プラスチック材の表面の溶融を、熱可塑性プラスチック材を移動させずにヒータ側を移動させて行うことができるので、熱可塑性プラスチック材の位置合わせが容易となる。また、溶着後の位置ずれを防ぐことができるので、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００１６】
また、ヒータは、輻射熱が照射される範囲を限定するマスクを備えたものであることが望ましい。ヒータからの輻射熱は全方向に発せられるので、マスクによってその輻射熱が照射される範囲を限定することで、熱可塑性プラスチック材の表面の所望の部分のみを溶融して溶着することが可能となる。
【００１７】
また、保持装置は、熱可塑性プラスチック材をエアーの吸引によって平板に吸着して保持するものであることが望ましい。エアーの吸引によって平板に吸着して保持することで、熱可塑性プラスチック材の熱膨張に関わらず、熱可塑性プラスチック材の変形を防ぐことができ、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００１８】
また、上記保持装置の熱可塑性プラスチック材を吸引する平板には温度センサを備えることが望ましい。これにより熱可塑性プラスチック材の加熱状態を検出し、溶着を最適に制御することが可能となる。
【００１９】
また、ヒータは、通電により発熱し、弾性体により所定の引張力が加えられて保持された金属製の帯状板の電熱ヒータであることが望ましい。これにより、加熱の時間的な変化を容易に制御することが可能となるとともに、加熱によって電熱ヒータが膨張変形しても弾性体により引っ張られてその真っ直ぐな状態が維持されるので、狂いのない輻射熱放射を維持することが可能となる。
【００２０】
また、電熱ヒータには、窒素や炭酸ガスなどの酸化を防ぐ気体を供給する構成とすることが望ましい。これにより、発熱により高温となった電熱ヒータの酸化による劣化を抑え、電熱ヒータの寿命を延ばすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
（１）互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持し、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置したヒータの輻射熱により複数の熱可塑性プラスチック材を非接触で加熱し、複数の熱可塑性プラスチック材の表面を溶融させ、熱可塑性プラスチック材の表面が溶融した後、複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接する構成により、熱可塑性プラスチック材の加熱時に、その加熱面には一切何も接触しないので、溶解箇所が変形することがなく、また、輻射熱により短時間で複数の熱可塑性プラスチック材の表面を同時に溶融させることができるので、エネルギの無駄が少なく、低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着することが可能となる。
【００２２】
（２）ヒータが、保持装置により保持される熱可塑性プラスチック材の間に進退可能なものであって、複数の熱可塑性プラスチック材の間に進行させた状態で加熱を行い、複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させるものであることにより、溶着前の熱可塑性プラスチック材の表面の溶融を、熱可塑性プラスチック材を移動させずにヒータ側を移動させて行うことができるので、熱可塑性プラスチック材の位置合わせが容易となり、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００２３】
（３）ヒータが、輻射熱が照射される範囲を限定するマスクを備えたものであることにより、ヒータからの輻射熱は全方向に発せられるが、マスクによってその輻射熱が照射される範囲が限定されることで、熱可塑性プラスチック材の表面の所望の部分のみを溶融して溶着することが可能となる。これにより、互いに溶着したい熱可塑性プラスチック材の表面の余計な部分が溶融することがなくなり、溶着後の外観をより良好にすることが可能となる。
【００２４】
（４）保持装置が、熱可塑性プラスチック材をエアーの吸引によって平板に吸着して保持するものであることにより、熱可塑性プラスチック材の加熱状態に関わらず、熱可塑性プラスチック材の変形を防ぐことができ、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【００２５】
（５）ヒータが、通電により発熱する電熱ヒータであることにより、加熱の時間変化を正確に制御することが可能となり、溶着対象の熱可塑性プラスチック材の状態に応じて最適に加熱することが可能となる。
【００２６】
（６）ヒータが、弾性体により所定の引張力が加えられて保持された金属製の帯状板であることにより、同じ温度の線状のヒータに比べて熱を放射する面の面積が大きく、それだけ強力な輻射熱を発生することができる。また、加熱によって帯状板が変形しても弾性体により引っ張られてその真っ直ぐな状態が維持されるので、狂いのない輻射熱放射を維持することが可能となり、高精度な溶着を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略構成を示すブロック図、図２は本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略断面図、図３は図２の溶着装置のヒータユニットの詳細を示す図であって、（ａ）は上部照射マスクを取り外した状態を示す上面図、（ｂ）は上部照射マスクを取り付けた状態を示す上面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置１は、熱可塑性プラスチック材（以下、「プラスチック材」と称す。）の溶着面を加熱するためのヒータユニット２と、ヒータユニット２をプラスチック材の溶着面に対して進退させるためのヒータ進退機構３と、互いに溶着する２つのプラスチック材を保持するための保持装置４と、プラスチック剤をエアーの吸引によって保持装置４に吸着するための吸引装置５と、互いに溶着するプラスチック材をガイドして位置決めするためのガイド装置６と、温度、位置、電圧や電流などを検知する各種センサ７と、溶着装置１の動作状態の表示や操作を行うための表示操作盤８と、溶着装置１の状態を記録する記録装置９と、溶着装置１の各部を制御する制御装置１０とから構成される。
【００２９】
ヒータユニット２は、互いに溶着する２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2（図４Ｆ参照。）の間に配置されて、これらの２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2を輻射熱により非接触で加熱するものである。ヒータユニット２は、図２に示すように、主に、通電により発熱する電熱ヒータ装置１１と、この電熱ヒータ装置１１を収容するケースであるとともに電熱ヒータ装置１１の輻射熱が照射される範囲を限定するマスク機能を有するケース兼マスク１２と、電熱ヒータ装置１１に通電して発熱させるための電源装置（図示せず。）と、窒素供給管２５とから構成される。
【００３０】
ケース兼マスク１２は、図３に示すように、下部照射マスク１２ａと上部照射マスク１２ｂとから構成されている。下部照射マスク１２ａおよび上部照射マスク１２ｂには、それぞれ照射範囲を限定するための開口部１３ａ，１３ｂが設けられている。
【００３１】
電熱ヒータ装置１１は、図３に示すように、金属製の真っ直ぐな帯状板であるヒータ板１４と、ヒータ板１４の一端に固定された固定電極用ヒータ板固定金具１５と、ヒータ板１４の他端に固定されたスライド電極用ヒータ板固定金具１６と、下部照射マスク１２ａに固定されるとともに固定電極用ヒータ板固定金具１５が固定される固定電極１７と、スライド電極用ヒータ板固定金具１６に固定されるスライド電極１８と、一端がスライド電極１８に連結され、スライド電極１８に所定の引張力を加えて保持する弾性体としての引きばね１９と、下部照射マスク１２ａに固定されるとともに引きばね１９の他端が連結された固定電極２０と、スライド電極１８と固定電極２０とを電気的接続する多芯リード線２１と、固定電極１７，２０と電源装置とを電気的接続する電源ケーブル２２，２３とから構成される。
【００３２】
この構成の電熱ヒータ装置１１では、電源装置から供給される電力が、一方は電源ケーブル２２、固定電極１７および固定電極用ヒータ板固定金具１５を通じて、他方は電源ケーブル２３、固定電極２０、多芯リード線２１、スライド電極１８およびスライド電極用ヒータ板固定金具１６を通じて、ヒータ板１４に通電される。ここで、ヒータ板１４が長さ３０ｃｍ程度幅１〜２ｃｍ程度、厚さ０．１ｍｍ程度のステンレス鋼製の板の場合、出力数ボルト程度の降圧トランスを介して２０〜４０Ａの電流を加えると、ヒータ板１４は黄色に発光し、強烈な輻射熱を発する。このとき、ヒータ板１４は温度上昇によって延びるが、引きばね１９により所定の引張力が加えられて保持されているため、スライド電極１８が固定電極１７から離れる方向にスライド（移動）し、真っ直ぐな状態に維持される。
【００３３】
窒素供給管２５は、ヒータの酸化を防ぐ気体として窒素ガスをケース兼マスク１２内に供給するものである。供給される窒素ガスは、窒素供給管２５に形成されたスリット状の窒素吹き出し口２６からヒータ板１４の下方へ向けてゆっくりと供給される。ヒータ板１４の下方へ供給された窒素ガスは、ヒータ板１４の熱による上昇気流でゆっくりとヒータ板１４を覆い、ヒータ板１４の酸化を抑える。これにより、ヒータ板１４の寿命を延ばすことができる。なお、窒素ガスに代えて炭酸ガスなどの他の酸化防止ガスを用いることも可能である。
【００３４】
図１に戻って、ヒータ進退機構３は、ヒータユニット２を保持装置４により保持されるプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に進退させるものである。ヒータ進退機構３は、ヒータユニット２を加熱時には２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に進行させた状態とし、圧接時には２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間から待避させた状態とする。
【００３５】
保持装置４は、下側に配置される下吸着台３０と、上側に配置される上吸着台４０とから構成される。下吸着台３０は、多数の開孔３１が設けられた平板３２により上面が形成された中空の箱であり、吸引装置５が接続される吸引口３３を備える。一方、上吸着台４０は、多数の開孔４１が設けられた平板４２により下面が形成された中空の箱であり、吸引装置５が接続される吸引口４３を備える。平板３２，４２には、保持するプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の温度を測定するためのサーミスタなどの温度センサ（図示せず。）が設けられている。
【００３６】
吸引装置５は、下吸着台３０および上吸着台４０の各吸引口３３，４３からエアーを吸引することにより、それぞれの開孔３１，４１に陰圧を生じさせ、この陰圧によりプラスチック材Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ下吸着台３０の平板３２の上面および上吸着台４０の平板４２の下面に吸着させるものである。
【００３７】
ガイド装置６は、下吸着台３０により保持するプラスチック材Ｐ1の位置決めを行うための下ガイド６０と、上吸着台４０により保持するプラスチック材Ｐ2の位置決めを行うための上ガイド６１とから構成される。
【００３８】
次に、上記構成のプラスチック材の溶着装置１の動作について、図４Ａ〜Ｊを参照して説明する。図４Ａ〜Ｊは図１の溶着装置１による溶着工程を示す説明図である。
【００３９】
まず、図４Ａに示すように、下吸着台３０の先端部にガイド装置６の下ガイド６０を、その上方に上ガイド６１を配置する。このとき、下ガイド６０の先端部６０ａは、下吸着台３０の上面よりも上に突き出るように配置され、図４Ｂに示すようにプラスチック材Ｐ1は、その先端がこの下ガイド６０の先端部６０ａに突き合わされることで位置決めされるようになっている。また、上ガイド６１の先端にはストッパ部６１ａが形成されており、図４Ｂに示すようにプラスチック材Ｐ2は、その先端がこの上ガイド６１上のストッパ部６１ａに突き合わされることで位置決めされるようになっている。また、この上ガイド６１の位置は、下吸着台３０上に配置されるプラスチック材Ｐ1と、この上ガイド６１上に配置されるプラスチック材Ｐ2とが、溶着代の分だけ重ね合わさる位置に配置される。
【００４０】
次に、図４Ｂに示すように、２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ下吸着台３０上および上ガイド６１上に配置する。このとき、前述のようにプラスチック材Ｐ1は、その先端が下ガイド６０の先端部６０ａに突き合わされるように、プラスチック材Ｐ2は、その先端が上ガイド６１上のストッパ部６１ａに突き合わされるように配置される。そして、図４Ｃに示すように、上ガイド６１上に配置されたプラスチック材Ｐ2上に、上吸着台４０が配置され、図４Ｄに示すように、吸引装置５により下吸着台３０および上吸着台４０の各吸引口３３，４３からエアーを吸引して、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2をそれぞれ下吸着台３０の平板３２の上面および上吸着台４０の平板４２の下面に吸着させる。
【００４１】
次に、図４Ｅに示すように、下ガイド６０および上ガイド６１を退避させ、図４Ｆに示すように、ヒータユニット２を、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に進行させる。そして、電熱ヒータ装置１１に通電し、ヒータ板１４から発せられる輻射熱によりプラスチック材Ｐ1，Ｐ2を例えば５秒程度加熱する。このとき、ヒータ板１４は温度上昇によって延びるが、引きばね１９によって所定の引張力が加えられて保持されているため、真っ直ぐな状態に維持され、上下のプラスチック材Ｐ1，Ｐ2との間の距離は一定に保たれる。
【００４２】
その後、ヒータユニット２をプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間から待避させ、図４Ｇに示すように、上吸着台４０を下降させて圧接する。このとき、下ガイド６０の高さを調節しておき、上吸着台４０が下ガイド６０に当接する位置まで下降させるようにすることで、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士のめり込み深さを設定することができる。
【００４３】
そして、図４Ｈに示すように、下吸着台３０および上吸着台４０のそれぞれの先端部の扉３４，４４を解放し、下吸着台３０および上吸着台４０の内部に外気を通過させて、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の溶着部を冷却する。プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の溶着箇所が冷えて固まると溶着は完了する。次に、図４Ｉに示すように、吸引装置５による下吸着台３０および上吸着台４０の各吸引口３３，４３からのエアーの吸引を停止し、上吸着台４０を除去する。最後に、図４Ｊに示すように溶着済みのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2を除去する。
【００４４】
以上のように、本実施形態における溶着装置１では、互いに溶着する２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の間に配置されたヒータ板１４の輻射熱によりこれらのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2が非接触で加熱され、これらのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面が短時間で同時に溶融する。そして、これらの表面が溶融したプラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士が圧接されることにより、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2同士が溶着され、強固に接合される。
【００４５】
このように本実施形態における溶着装置１では、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の加熱時に、その加熱面には一切何も接触しないので、溶解箇所が外力で変形することがなく、また、輻射熱により短時間で２つのプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面を同時に溶融させることができるので、エネルギの無駄が少なく、低コストで作業性良く、かつ溶着後の外観を良好に保ったまま溶着することが可能である。
【００４６】
また、本実施形態における溶着装置１では、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を移動させずにヒータユニット２側を移動させて、溶着するプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面の溶融を行うので、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2を溶融前に位置合わせするだけで位置合わせが完了する。また、溶着後の位置ずれを防ぐことができるので、高精度な溶着を行うことが可能である。
【００４７】
また、本実施形態における溶着装置１では、ヒータユニット２のヒータ板１４からの輻射熱は全方向に発せられるが、その輻射熱が照射される範囲はケース兼マスク１２によって限定されるので、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面の所望の部分のみを溶融して溶着することが可能である。これにより、互いに溶着したいプラスチック材Ｐ1，Ｐ2の表面の余計な部分が溶融することがなくなり、溶着後の外観をより良好にすることが可能である。
【００４８】
また、本実施形態における溶着装置１では、保持装置４が、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2をエアーの吸引によって常に下吸着台３０および上吸着台４０の平板３２，４２に吸着して保持するので、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の加熱状態に関わらず、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の変形を防いでいる。したがって、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の加熱時の熱膨張による変形を防ぐことができ、高精度な溶着を行うことが可能である。
【００４９】
また、本実施形態における溶着装置１では、ヒータ板１４が、通電により発熱する電熱ヒータであるため、このヒータ板１４の加熱の時間変化を正確に制御することが可能であり、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2の状態に応じて最適に加熱することが可能である。
【００５０】
また、本実施形態における溶着装置１では、ヒータ板１４が、引きばね１９により所定の引張力が加えられて保持されているので、加熱によってヒータ板１４が変形しても引きばね１９より引っ張られてその真っ直ぐな状態が維持される。これにより、上下のプラスチック材Ｐ1，Ｐ2との間の距離は一定に保たれるので、狂いのない輻射熱放射を維持することが可能となり、高精度な溶着を行うことが可能である。
【００５１】
以上のように、本実施形態における溶着装置１では、位置合わせが容易であり、輻射熱の強さや加熱時間、加熱範囲などの溶着条件を制御することが容易であることから、作業性に優れている。例えば、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2のセットと除去に８秒、加熱時間５秒、冷却時間７秒の場合、１回の溶着作業に２０秒を要するが、これを現在広く使われている熱風溶着法における１回の溶着作業の約１分以上と比べれば、所要時間が１／３以下となる。また溶着装置１では、プラスチック材Ｐ1，Ｐ2のセットと除去に人手を想定しているが、溶着開始から冷却までは機械による自動化が容易なので、一人の作業者が同時に２台の自動化した溶着装置１で交互に作業することにすればさらに作業性を高めることができる。
【００５２】
また、従来の熱風溶着法では１回の溶着作業で１ｋＷのヒートガンを約１分間（６０秒）作動させるのが普通であり、６０ｋＪのエネルギを消費する。これに対して、本実施形態における溶着装置１では、例えば１０Ｖ、４０Ａ、５秒間の通電の場合、加熱に要するエネルギは４００Ｗ×５ｓ＝２ｋＪに過ぎない。１回の溶着作業に２０秒間かかり、加熱以外の各種装置の電力が時間平均５００Ｗとすれば、１回の溶着作業で使う各種装置のエネルギは１０ｋＪとなるので、１回の溶着に要するエネルギの総和は１２ｋＪとなる。これは上記従来の熱風溶着法に比べて１／５のエネルギに過ぎない。このように、本実施形態における溶着装置１はエネルギの節約にも効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ポリプロピレンなどの熱可塑性を有するプラスチックにより形成された熱可塑性プラスチック材同士を溶着により接合する熱可塑性プラスチック材の溶着装置および溶着方法として有用である。特に、本発明は、発泡プラスチック板材や段ボールプラスチック板材等のように内部に空隙を含むプラスチック材同士を互いに接合して、その溶着物としてのプラスチック製の容器や器具等を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における熱可塑性プラスチック材の溶着装置の概略断面図である。
【図３】図２の溶着装置のヒータユニットの詳細を示す図であって、（ａ）は上部照射マスクを取り外した状態を示す上面図、（ｂ）は上部照射マスクを取り付けた状態を示す上面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４Ａ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｂ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｃ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｄ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｅ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｆ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｇ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｈ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｉ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【図４Ｊ】図１の溶着装置による溶着工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 溶着装置
２ ヒータユニット
３ ヒータ進退機構
４ 保持装置
５ 吸引装置
６ ガイド装置
７ 各種センサ
８ 表示操作盤
９ 記録装置
１０ 制御装置
１１ 電熱ヒータ装置
１２ ケース兼マスク
１２ａ 下部照射マスク
１２ｂ 上部照射マスク
１３ａ，１３ｂ 開口部
１４ ヒータ板
１５ 固定電極用ヒータ板固定金具
１６ スライド電極用ヒータ板固定金具
１７ 固定電極
１８ スライド電極
１９ 引きばね
２０ 固定電極
２１ 多芯リード線
２２，２３ 電源ケーブル
２５ 窒素供給管
２６ 窒素吹き出し口
３０ 下吸着台
３１ 開孔
３２ 平板
３３ 吸引口
４０ 上吸着台
４１ 開孔
４２ 平板
４３ 吸引口
６０ 下ガイド
６０ａ 先端部
６１ 上ガイド
６１ａ ストッパ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置され、輻射熱により非接触で前記複数の熱可塑性プラスチック材を加熱するヒータと、
前記ヒータによる加熱時に前記複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持するとともに、前記ヒータによる加熱後、前記複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接させる保持装置と
を有する熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項２】
前記ヒータは、前記保持装置により保持される熱可塑性プラスチック材の間に進退可能なものであって、前記複数の熱可塑性プラスチック材の間に進行させた状態で加熱を行い、前記複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には前記複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させるものであることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項３】
前記保持装置は、前記熱可塑性プラスチック材をエアーの吸引によって平板に吸着して保持するものである請求項１または２に記載の熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項４】
前記ヒータは、通電により発熱し、弾性体により所定の引張力が加えられて保持された金属製の帯状板の電熱ヒータである請求項１から３のいずれかに記載の熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項５】
互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持し、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置したヒータの輻射熱により前記複数の熱可塑性プラスチック材を非接触で加熱し、前記複数の熱可塑性プラスチック材の表面を溶融させること、
前記熱可塑性プラスチック材の表面が溶融した後、前記複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接すること
を含む熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項６】
前記ヒータによる加熱は、前記複数の熱可塑性プラスチック材の間に前記ヒータを進行させた状態で行うこと、
前記複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には、前記ヒータを前記複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させること
を特徴とする請求項５記載の熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項７】
前記ヒータによる加熱は、前記輻射熱が照射される範囲をマスクにより限定して行うことを特徴とする請求項５または６に記載の熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項８】
前記複数の熱可塑性プラスチック材の保持は、エアーの吸引によって平板に吸着して行うことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項１】
互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置され、輻射熱により非接触で前記複数の熱可塑性プラスチック材を加熱するヒータと、
前記ヒータによる加熱時に前記複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持するとともに、前記ヒータによる加熱後、前記複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接させる保持装置と
を有する熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項２】
前記ヒータは、前記保持装置により保持される熱可塑性プラスチック材の間に進退可能なものであって、前記複数の熱可塑性プラスチック材の間に進行させた状態で加熱を行い、前記複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には前記複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させるものであることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項３】
前記保持装置は、前記熱可塑性プラスチック材をエアーの吸引によって平板に吸着して保持するものである請求項１または２に記載の熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項４】
前記ヒータは、通電により発熱し、弾性体により所定の引張力が加えられて保持された金属製の帯状板の電熱ヒータである請求項１から３のいずれかに記載の熱可塑性プラスチック材の溶着装置。
【請求項５】
互いに溶着する複数の熱可塑性プラスチック材を向かい合わせた状態で保持し、これらの複数の熱可塑性プラスチック材の間に配置したヒータの輻射熱により前記複数の熱可塑性プラスチック材を非接触で加熱し、前記複数の熱可塑性プラスチック材の表面を溶融させること、
前記熱可塑性プラスチック材の表面が溶融した後、前記複数の熱可塑性プラスチック材同士を圧接すること
を含む熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項６】
前記ヒータによる加熱は、前記複数の熱可塑性プラスチック材の間に前記ヒータを進行させた状態で行うこと、
前記複数の熱可塑性プラスチック材同士の圧接の際には、前記ヒータを前記複数の熱可塑性プラスチック材の間から退避させること
を特徴とする請求項５記載の熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項７】
前記ヒータによる加熱は、前記輻射熱が照射される範囲をマスクにより限定して行うことを特徴とする請求項５または６に記載の熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【請求項８】
前記複数の熱可塑性プラスチック材の保持は、エアーの吸引によって平板に吸着して行うことを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の熱可塑性プラスチック材の溶着方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図４Ｇ】
【図４Ｈ】
【図４Ｉ】
【図４Ｊ】
【公開番号】特開２００９−２７９９１０（Ｐ２００９−２７９９１０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３７１８５（Ｐ２００８−１３７１８５）
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（５００３７２７１７）学校法人福岡工業大学 (32)
【出願人】（０００１４２３５５）株式会社コンドー・マシナリー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２６日（２００８．５．２６）
【出願人】（５００３７２７１７）学校法人福岡工業大学 (32)
【出願人】（０００１４２３５５）株式会社コンドー・マシナリー (1)
【Ｆターム（参考）】
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