(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台の上に、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねてなる絶縁材を載置すると共に、その上に複数枚のポリプロピレンシートを載置し、５０℃より高くポリプロピレンの融点より低い温度に加熱した金型を上方からポリプロピレンシートに押付けて、金型と基台の間に高周波電圧を印加することを特徴とする、ポリプロピレンシートの高周波溶着方法。
【請求項２】
基台の上に、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ね且つ裏面にクッション材を重ねてなる絶縁材を載置すると共に、その上に複数枚のポリプロピレンシートを載置し、５０℃より高くポリプロピレンの融点より低い温度に加熱した金型を上方からポリプロピレンシートに押付けて、金型と基台の間に高周波電圧を印加することを特徴とする、ポリプロピレンシートの高周波溶着方法。
【請求項３】
ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねて成る高周波溶着用の絶縁材。
【請求項４】
ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねると共に、裏面にクッション材を重ねて成る高周波溶着用の絶縁材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポリプロピレンシートの高周波溶着方法と、この方法に用いる絶縁材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟質のポリ塩化ビニルシートやフィルムは、従来から文具類やその他の種々の用途に使用されている。けれども、ポリ塩化ビニルは、焼却時に有毒な塩化水素ガスを発生するため、環境保全に悪影響を与えるという問題があり、また、多量に配合した可塑剤が滲出するという問題もある。
【０００３】
このため最近では、軟質のポリ塩化ビニルシートやフィルムに代わるものとして、ハロゲン元素や可塑剤を含まない軟質のポリプロピレンシートやフィルムを使用することが多くなってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のポリプロピレンシートやフィルムは、誘電率、誘電損失が小さいため高周波溶着できないという大きな欠点があった。そのため、熱溶着などの手段を採用してポリプロピレンシートやフィルムを溶着しているが、熱溶着の際、溶着刃にポリプロピレンシートやフィルムが付着するという不都合があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、これまで高周波溶着が困難とされていたポリプロピレンシートやフィルムを簡単に高周波溶着することができる新規な方法と、この方法に用いる絶縁材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の高周波溶着方法は、基台の上に、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねてなる絶縁材を載置すると共に、その上に複数枚のポリプロピレンシートを載置し、５０℃より高くポリプロピレンの融点より低い温度に加熱した金型を上方からポリプロピレンシートに押付けて、金型と基台の間に高周波電圧を印加することを特徴としている。
【０００７】
そして、本発明のもう一つの高周波溶着方法は、基台の上に、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ね且つ裏面にクッション材を重ねてなる絶縁材を載置すると共に、その上に複数枚のポリプロピレンシートを載置し、５０℃より高くポリプロピレンの融点より低い温度に加熱した金型を上方からポリプロピレンシートに押付けて、金型と基台の間に高周波電圧を印加することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の絶縁材は、上記のようにポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねて成るものである。そして、本発明のもう一つの絶縁材は、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを含浸させた繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねると共に、裏面にクッション材を重ねて成るものである。
【０００９】
なお、本発明にいう「ポリプロピレンシート」には、薄いポリプロピレンフィルムも含まれる。
【００１０】
【作用】
本発明の高周波溶着方法のように、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを繊維基材に含浸させた絶縁材が基台とポリプロピレンシートの間に存在すると、基台と金型の間に高周波電圧を印加したときに、誘電率及び誘電損失の高いワニスが高周波電界によって分子回転運動を起こし、分子相互間の摩擦によって損失を生じて急速に加熱されるため、この熱によってポリプロピレンシートが軟化、溶融する。このとき、ポリプロピレンシートは金型からも熱を受け、加熱が助長される。このように本発明の方法は、絶縁材に含まれるワニスの高周波による発熱と金型からの熱によって、ポリプロピレンシートが上下から加熱されるため、速やかに軟化、溶融して互いに溶着する。
【００１１】
金型の温度が５０℃以下であると、ポリプロピレンシートの加熱が助長されないばかりでなく、逆にポリプロピレンシートの熱が金型に奪われて冷却されることになるので溶着が困難となる。一方、金型がポリプロピレンの融点以上に加熱されていると、溶融したポリプロピレンが金型に付着するといった不都合を生じる。
【００１２】
また、本発明の方法のように、ワニスを含浸した繊維基材の表面に耐熱樹脂フィルムを重ねた絶縁材を用いると、絶縁材のワニスが発熱によって軟化、溶融するようなことがあったとしても、耐熱樹脂フィルムは軟化、溶融することがないので、高周波溶着を繰り返しても絶縁材とポリプロピレンシートがくっつく心配はなくなる。そして、ワニスを含浸した繊維基材の裏面に更にクッション材を重ねた絶縁材を用いると、そのクッション作用によって金型の押圧力がポリプロピレンシートに均一に加わるため、溶着部分の厚みや溶着強度にムラのない高周波溶着を行うことができ、また、クッション材によって基台と絶縁材との間の空気が排除されるので、高周波電圧印加時にスパークの発生を防止することもできる。
【００１４】
本発明の方法に用いる絶縁材は、ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いワニスを繊維基材に含浸させたものであるから、上記のように高周波電圧を印加すると該ワニスが急速に加熱され、その熱でポリプロピレンシートを速やかに軟化、溶融させることができる。そして、表面に耐熱樹脂フィルムを重ねてあるので、上記のように高周波溶着を繰り返しても、絶縁材とポリプロピレンシートがくっつくのを防止することができる。更にクッション材を繊維基材の裏面に重ねた絶縁材は、上記のように溶着部分の厚みや溶着強度にムラのない高周波溶着を可能にすると共に、スパークを防止することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。
【００１６】
図１は本発明の高周波溶着方法に用いる装置の部分説明図であって、１は一方の電極となる基台、２は他方の電極となる金型を示している。この金型２は、ヒーター３に直接取付けられて所望温度に加熱されるようになっている。そして、ヒーター３は熱が本体７に伝わらないようにセラミック製連結部材４を介して本体７に取付けられている。
【００１７】
この実施例の高周波溶着方法は、上記のような高周波溶着装置の基台１の上に絶縁材５を載置すると共に、その上に２枚のポリプロピレンシート６，６を載置し、加熱した金型２を下降させてポリプロピレンシート６，６に金型２を上方から押付け、金型２と基台１との間に高周波電圧を印加することによって実施される。
【００１８】
この実施例に用いられる絶縁材５は繊維基材にワニスを含浸させたもので、該ワニスはポリプロピレンよりも高い誘電率と誘電損失を有する。図２は絶縁材５の概略断面図であって、５ａは繊維基材、５ｂは含浸されたワニスを示している。
【００１９】
繊維基材５ａはワニス５ｂの含浸が可能なものであればよく、例えば、ガラス繊維等の無機繊維や、天然もしくは合成もくしは再生の有機繊維から成る織布（クロス）、不織布、マット、紙などが使用される。特に、ガラス繊維を用いた基材は耐熱性があり、長期の繰返し使用に耐えるので好ましい。繊維基材５ａの厚みは特に制限されないが、１００〜５００μｍ程度のもの、好ましくは２００〜３００μｍ程度のものが使用される。
【００２０】
この繊維基材５ａに含浸されるワニス５ｂは、天然もしくは合成の樹脂などを乾性油と共に加熱融合し、溶剤で希釈した油ワニスであり、上記のようにポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の高いものが使用される。ポリプロピレンより誘電率及び誘電損失の低いワニスを含浸させた絶縁材は、高周波電界が与えられても実質的に加熱されないので、使用することができない。ポリプロピレンより誘電率と誘電損失の高いワニスの例としては、アルキッド樹脂、フェノール系樹脂、アミノ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などを、亜麻仁油、桐油、大豆油、ヒマシ油、ヤシ油、魚油、麻実油、綿実油などの乾性油と共に加熱融合して、上記のように希釈調製したものが挙げられる。
【００２１】
このような絶縁材５を基台１とポリプロピレンシート６の間に介在させて、基台１と金型２の間に高周波電圧を印加すると、ポリプロピレンシート６，６は誘電率が低いため殆ど誘電加熱されないが、絶縁材５に含まれる誘電率の高いワニス５ｂは高周波電界からエネルギーを吸収し、分子歪みや分子摩擦を起こして急速に加熱されるため、その熱でポリプロピレンシート６，６が軟化、溶融する。このとき、ポリプロピレンシート６，６は金型２からも熱を受け、加熱が助長されるので速やかに軟化、溶融し、金型２を押付けた部分が互いに溶着する。
【００２２】
金型２は、ヒーター４によって５０℃より高くポリプロピレンの融点より低い温度に加熱することが必要である。金型２の温度が５０℃以下では、ポリプロピレンシート６の加熱が助長されないばかりでなく、逆にポリプロピレンシート６の熱が金型２に奪われて冷却されることになるので溶着が困難となる。一方、金型２の温度がポリプロピレンの融点以上であると、従来の熱溶着の場合と同様に、溶融したポリプロピレンが金型２に付着するといった不都合を生じる。ポリプロピレンの溶融温度は１３０〜１６０℃であるので、１３０℃以下が良い。
【００２３】
金型２の押圧力や電圧印加時間は、用いるポリプロピレンの厚みや溶着面積によって異なるので特に限定されるものではない。また、使用する高周波数は４０．４６ＭＨｚと２７．１２ＭＨｚの２種がある。
【００２４】
この高周波溶着方法は、５０〜５００μｍ程度の厚さを有する各種のポリプロピレンシートに適用することが最も適しており、ポリプロピレンの種類（タイプ）は問わない。即ち、ポリプロピレンシート６がプロピレンのホモポリマーからなるシートであっても、エチレンとプロピレンのランダム又はブロック共重合体からなるシートであっても、エチレン−ブテン１−プロピレン三元共重合体からなるシートであっても、この方法を用いて高周波溶着することができる。このうち、後二者の共重合体よりなるシートは、前者のホモポリマーのシートよりも柔軟性があり、より強固に溶着できる利点がある。
【００２５】
特に、ポリプロピレンシート６として、熱可塑性樹脂エラストマーを含有させたシートを用いると、該エラストマーの配合でシートの柔軟性が増し溶着温度が低下することになるため、高周波溶着を一層容易に行える利点がある。エラストマーの含有量は５〜４０重量％程度が適当であり、５重量％未満では目立った効果がなく、４０重量％より多くなるとポリプロピレンシートが柔らかくなりすぎて実用的でなくなる。
【００２６】
熱可塑性樹脂エラストマーとしては、スチレン系エラストマー（スチレン−ブタジエン系、スチレン−イソプレン系、スチレン−エチレン−ブチレン系等）、オレフィン系エラストマー（エチレン−プロピレンゴム系、エチレン−プロピレンターポリマー系等）などが使用されるが、この中では透明性に優れたスチレン系エラストマーが最適である。かかるスチレン系エラストマーを含有させたポリプロピレンシートは、ポリプロピレン単独のシートや他のエラストマーを含有させたシートよりもヘイズ（曇度）が低く、透明性が良いからである。
【００２７】
図３は本発明の高周波溶着方法に使用される絶縁材の他の実施例を示す概略断面図であって、この絶縁材５０は、前記のワニス５ｂを含浸させた繊維基材５ａの表面に、耐熱樹脂フィルム５ｃを重ねた二層構造をしている。
【００２８】
耐熱樹脂フィルム５ｃは、ポリプロピレンより遥かに高い融点を有するポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、アラミド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド等の連続使用温度が１６０℃以上の樹脂フィルムであり、特に２０〜７５μｍ程度の厚さを有するものが好適に使用される。２０μｍより薄い耐熱樹脂フィルムを用いると、高周波溶着操作の繰り返しによって該フィルムが破れるという不都合があり、一方、５０μｍより厚いフィルムを用いると、該フィルムによる断熱作用が増大し、高周波電圧印加時にワニス５ｂから発生した熱がポリプロピレンシートに伝わるのを妨害するため、溶着性の低下を招くという不都合が生じる。この耐熱樹脂フィルム５ｃは接着剤や粘着剤で繊維基材５ａに貼着してもよいが、このように貼着すると、接着剤や粘着剤によって熱の伝導が妨げられるので、単に重ね合わせるだけとする方が好ましい。
【００２９】
上記のような絶縁材５０を用いて本発明の高周波溶着方法を実施すると、絶縁材のワニス５ｂが発熱により軟化、溶融するようなことがあったとしても、耐熱樹脂フィルム５ｃは軟化、溶融することがないので、絶縁材５０とポリプロピレンシート６がくっつくのを防止できる利点がある。従って、長期間に亘って何回溶着しても、絶縁材５０より溶着したポリプロピレンシートをスムースに取り出すことができる。
【００３０】
図４は絶縁材の更に他の実施例を示す概略断面図であって、この絶縁材５００は、前記のワニス５ｂを含浸した繊維基材５ａの表面に前記の耐熱樹脂フィルム５ｃを重ねると共に、裏面にクッション材５ｄを重ねた三層構造をしている。
【００３１】
クッション材５ｄとしては、厚さ１〜３ｍｍ程度のリンター紙、クラフト紙、アラミド紙、アラミド不織布等が好適であり、これらのクッション材は接着剤や粘着剤で裏面に貼着してもよく、単に重ねるだけでもよい。
【００３２】
このような絶縁材５００を用いて本発明の高周波溶着方法を実施すると、クッション材５ｄのクッション作用によって、金型２の押圧力がポリプロピレンシート６，６に均一に加わるため、溶着部分の厚みや溶着強度にムラのない高周波溶着を行うことができ、また、クッション材５ｄによって基台１と絶縁材５００との間の空気が排除されるので、高周波電圧印加時にスパークの発生を防止することもできるといった利点がある。
【００３３】
次に、本発明の高周波溶着方法の更に具体的な実施例を説明する。
【００３４】
［実施例１〜５］
繊維基材の綿布にワニスを含浸させた新興化学工業（株）製のワニスクロスＶＣ（厚さ２５０μｍ）の表面に厚さ５０μｍのポリイミドフィルムを重ねると共に、裏面に厚さ２ｍｍのクラフト紙を重ねたものを絶縁材として使用し、ポリプロピレンシートとして、スチレン系エラストマー（スチレン−ブタジエン系）を２０重量％配合した厚さ３００μｍのエチレン−ブテン１−プロピレン三元共重合体より成るシートを使用して、金型の温度を種々変えながら高周波溶着実験を行った。
【００３５】
即ち、高周波溶着装置の基台上に上記の絶縁材を載置すると共に、その上に上記のポリプロピレンシートを２枚重ねて載置し、下記の表１に示す温度に加熱した溶着面積１５００ｍｍ2 の金型を約２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の押圧力でポリプロピレンシートに押付け、表１に示す条件（印加時間、通電時間、冷却時間）を採用して４０．４６ＭＨｚの高周波電流で上記シートの溶着実験を行い、高周波溶着の可否を調べた。
【００３６】
その結果は、下記の表１に示すように全て高周波溶着が可であり、ポリプロピレンが金型に付着することもなかった。金型温度が低くなるに従い、通電時間を長くしなければ溶着しないこともわかり、金型温度が５０℃以下では実用的でないことも判った。
【００３７】
［比較例１〜２］
金型の温度と条件（印加時間、通電時間、冷却時間）を下記の表１に示すように変更した以外は実施例１〜５と同様にして、ポリプロピレンシートの高周波溶着実験を行った。
【００３８】
その結果、金型の温度を常温（約１０℃）にした比較例１の場合は、高周波溶着が不可であり、また、金型温度をポリプロピレンの融点より高い１３０〜１３５℃にした比較例２の場合は、溶着はできたがポリプロピレンが金型に付着し、実用できないことが判った。
【００３９】
【表１】
0003673901.tif 000002
【００４０】
［実施例６〜１０］
ポリプロピレンシートとして、スチレン系エラストマー（スチレン−ブタジエン系）を１０重量％配合した厚さ３００μｍのエチレン−ブテン１−プロピレン三元共重合体よりなるシートを使用し、絶縁材の構成を下記の表２に示すように変更して高周波溶着実験を行った。
【００４１】
即ち、溶着面積１０００ｍｍ２の金型を１００〜１０５℃に加熱し、約１５ｋｇｆ／ｃｍ２の押圧力でポリプロピレンシートに押付け、印加時間１．０秒、通電時間４．０秒、冷却時間１．０秒の条件下に４０．４６ＭＨｚの高周波電流でポリプロピレンシートを溶着し、溶着強度を測定した。その結果を下記の表２に示す。溶着強度は幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの寸法で採取した試験片を、溶着部を中央にして１８０度に開き、その両端を引張試験機の掴み具に取付け、溶着部が破断するまで引張荷重を加えたときの最大荷重の値である。
【００４２】
なお、表２において、ワニスクロスとは、繊維基材の綿布にワニスを含浸させた新興化学工業（株）製のワニスクロスＶＣ（厚さ２５０μｍ）のことである。
【００４３】
［比較例３〜４］
絶縁材を下記の表２に示すものに変更した以外は実施例６〜１０と同様にしてポリプロピレンシートの高周波溶着実験を行い、高周波溶着の可否や溶着強度を調べた。その結果を下記の表２に示す。
【００４４】
【表２】
0003673901.tif 000003
【００４５】
この表２を見ると、ワニスクロスを含む絶縁材を用いた実施例６〜１０は、いずれも溶着強度が３ｋｇｆ／２５ｍｍ以上で堅固に溶着するが、エポキシシートを絶縁材として用いた比較例３は高周波溶着が不可であり、エポキシシートとクッション紙の積層体を絶縁材として用いた比較例４は、溶着強度が０．２３３ｋｇｆ／２５ｍｍで、溶着不良が甚だしい。このことから、満足な高周波溶着を行うためには、繊維基材にワニスを含浸させたものを絶縁材として使用しなければならないことが判る。
【００４６】
また、実施例６，７，８，９を対比すると、ワニスクロスの上に耐熱樹脂フィルムを重ねない実施例６は溶着強度が最も大きく、実施例７，８，９の順に耐熱樹脂フィルムの厚さが増すほど、溶着強度が低下している。このことから、耐熱フィルムはワニスクロスで発生した熱がポリプロピレンシートへ伝導するのを妨げる作用があり、薄いフィルムの方が高周波溶着に有利であることが判る。
【００４７】
更に、実施例７，１０を対比すると、耐熱樹脂フィルムとしてポリイミド粘着テープを用いた実施例１０は、同じ厚さのポリイミドフィルムを用いた実施例７よりも、溶着強度が小さくなっている。このことから、粘着テープはその粘着剤が熱の伝導を妨げる働きをし、高周波溶着には不利であることが判る。
【００４８】
［実施例１１〜１４］
実施例１〜５で用いた絶縁材を使用し、下記の表３に示す組成の厚さ３００μｍのポリプロピレンシートの高周波溶着実験を行った。
【００４９】
即ち、溶着面積が１５００ｍｍ2 の金型を約１００℃に加熱し、金型を約２０ｋｇｆ／ｃｍ2 の押圧力でポリプロピレンシートに押付け、４０．４６ＭＨｚの高周波電流で下記の表３に示す溶着時間だけ溶着操作を行い、高周波溶着の可否を調べた。その結果を下記の表３に示す。
【００５０】
【表３】
0003673901.tif 000004
【００５１】
この表を見ると、熱可塑性エラストマーを含まないポリプロピレンシートを用いた実施例１１は、高周波溶着に必要な溶着時間が最も長く、実施例１２，１３，１４の順に熱可塑性エラストマーの配合量が増すほど、高周波溶着に必要な溶着時間が短縮されている。このことから、熱可塑性エラストマーを含むポリプロピレンシートは、ポリプロピレン単独のシートよりも高周波溶着性に優れ、本発明の方法において有利に使用されることが判る。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の高周波溶着方法は、金型の温度と絶縁材を工夫するだけで、従来高周波溶着が困難とされていたポリプロピレンシートを容易に高周波溶着することができ、従来の熱溶着方法で見られた金型への樹脂付着等の問題を解決できるといった顕著な効果が得られる。
【００５３】
また、表面に耐熱樹脂フィルムを重ねた絶縁材を用いると、絶縁材の繊維基材に含浸されたワニスが軟化、溶融することがあっても、ポリプロピレンシートと絶縁材がくっつくのを確実に防止することができ、更に、裏面にクッション材を重ねた絶縁材を用いると、金型の押圧力がポリプロピレンシートに均一にかかって溶着部分の厚みや溶着強度にムラのない高周波溶着が可能となり、スパークを防止することもできるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波溶着方法に用いる装置の部分説明図である。
【図２】本発明の絶縁材の一実施例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の絶縁材の他の実施例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の絶縁材の更に他の実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  基台
２  金型
４  ヒーター
５，５０，５００  絶縁材
５ａ  繊維基材、
５ｂ  ワニス、
５ｃ  耐熱樹脂フィルム、
５ｄ  クッション材、
６  ポリプロピレンシート。
【図１】
0003673901.tif 000005
【図２】
0003673901.tif 000006
【図３】
0003673901.tif 000007
【図４】
0003673901.tif 000008