(57)【要約】      （修正有）【課題】溶着された樹脂成形体において、溶着部からの破壊を低減し、溶着部の信頼性を向上させる成形体の設計方法および該溶着成形体を提供する。【解決手段】少なくとも２種類の熱可塑性樹脂ＡおよびＢからなる成形体を溶着して得られる成形体において、樹脂Ａで形成される成形品の少なくとも一部の厚みｔＡが下記式を満足する溶着製品の設計方法。ｔＡ≦（（ｂＷ×ＬＷ）×σＷＡＢ×η）／（σＡ×ＬＡ）。ｔＡ：溶着された成形品の溶着部位に垂直に位置する、最も肉薄部分の厚み、ｂｗ：溶着部幅、Ｌｗ：溶着部の長さ、σＷＡＢ：樹脂Ａと樹脂Ｂの溶着強度、安全係数η＝０．０５〜1、ＬＡ：ｔＡ部分の長さ、σＡ：樹脂Ａの強度、σＢ：樹脂Ｂの強度、ＥＡ：樹脂Ａの縦弾性率、ＥＢ：樹脂Ｂの縦弾性率、εＡ：樹脂Ａの伸び、εＢ：樹脂Ｂの伸び。ただし、樹脂強度σＡ≦σＢ、樹脂縦弾性率ＥＡ≦ＥＢ、樹脂の伸びεＢ≦εＡ、５％≦εＡ≦１５０％である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の熱可塑性樹脂ＡおよびＢからなる成形体を溶着して得られる成形体において、樹脂Ａで形成される成形品の少なくとも一部の厚みｔＡが下記式を満足することを特徴とする溶着製品の設計方法。
ｔＡ≦（（ｂＷ×ＬＷ）×σＷＡＢ×η）／（σＡ×ＬＡ）
ｔＡ：溶着された成形品の溶着部位に垂直に位置する、最も肉薄部分の厚み、
ｂｗ：溶着部幅、
Ｌｗ：溶着部の長さ、
σＷＡＢ：樹脂Ａと樹脂Ｂの溶着強度、
安全係数η＝０．０５〜１、
ＬＡ：ｔＡ部分の長さ、
σＡ：樹脂Ａの強度、
σＢ：樹脂Ｂの強度、
ＥＡ：樹脂Ａの縦弾性率、
ＥＢ：樹脂Ｂの縦弾性率、
εＡ：樹脂Ａの伸び、
εＢ：樹脂Ｂの伸び、
ただし、樹脂強度σＡ≦σＢ、樹脂縦弾性率ＥＡ≦ＥＢ、樹脂の伸びεＢ≦εＡ、５％≦εＡ≦１００％である。
【請求項２】
請求項１に記載の設計方法によって得られることを特徴とする樹脂成形体
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
溶着された樹脂成形体において、溶着部からの破壊を低減し、溶着部の信頼性を向上させる成形体の設計方法および該設計より作られた熱可塑性樹脂溶着成形体に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルタンク、燃料タンク、バルブ部品等の容器類やパイプ部を有する複雑形状の自動車吸気管等に振動摩擦、回転摩擦、超音波、レーザ溶着等様々な溶着方法が適用され、製品化されている。しかしながら溶着された製品の溶着部分の強度は最大でも樹脂母材強度である。また溶着条件により溶着強度は大きく影響される。これは日々変動する溶着機械のコンディションや環境条件によっても影響受け、安定的に母材強度を発現することは現実的に不可能である。さらに溶着部分の形状は製品形状に依存し、このため溶着される成形体同士がすべての溶着面において均一に垂直に加圧圧着することは困難であり、安定的に理想的な溶着強度の発現は不可能である。これらのことから溶着された製品において、気体や液体による内力、また予期せぬ衝突等による外力を受けた場合、溶着部位から破壊が生じてしまうのが現実である。このような溶着強度を向上させる手段としては、溶着部面積を増大させ、溶着強度の絶対値を向上させるのが一般的である。しかしながら溶着強度は溶着部面積を増大させても期待したほど増加しない。これは溶着部における溶融樹脂の温度分布が均一でなくなるためと考えられる。さらに溶着強度を改善しても、結果的には溶着部からの破壊は避けられないのが実情である。
【０００３】
また、振動溶着法と接着剤を併用する方法が提案されている。これは、振動溶着による接着部分に加え、エポキシ系熱硬化型接着剤等を併用することにより実質的に接着部面積を増加させ、絶対的な接合強度を向上させる方法である。しかしながら本方法は、成形体溶着部位に事前に接着剤の塗布が必要であり、塗布工程、塗布装置の増加によるコスト上昇は避けられない。またポリエチレン等の樹脂では十分な接着性を有する接着剤の選定が困難な場合がある（例えば、特許文献１参照。）。
またポリアミド樹脂の振動摩擦溶着において、ガラス繊維の含有量が異なるポリアミド樹脂すなわち弾性率が異なるポリアミド樹脂の組み合わせにより溶着強度を改善する方法が提案されている。しかしながら通常、ガラス繊維を含有する樹脂の溶着において、溶着部位ではガラス繊維の補強効果が発現しない。したがって溶着強度は最大でもガラス繊維を含まないポリアミド樹脂の母材強度となる。さらにガラス繊維を含有するポリアミド樹脂の伸びは、おおよそ３％以下であり、結果として溶着部位に応力が集中し、溶着部位から破断してしまう（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平８−１３２５２９号公報
【特許文献２】特開平８−１１８４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、溶着された樹脂成形体において、溶着部からの破壊を低減し、溶着部の信頼性を向上させる熱可塑性樹脂溶着成形体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】
【０００５】
本発明者は、樹脂の物理特性を検討した結果、溶着部位の機械特性を特定することにより上記課題を解決することを見出し、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、
１．少なくとも２種類の熱可塑性樹脂ＡおよびＢからなる成形体を溶着して得られる成形体において、樹脂Ａで形成される成形品の少なくとも一部の厚みｔＡが下記式を満足することを特徴とする溶着製品の設計方法、
ｔＡ≦（（ｂＷ×ＬＷ）×σＷＡＢ×η）／（σＡ×ＬＡ）
ｔＡ：：溶着された成形品の溶着部位に垂直に位置する、最も肉薄部分の厚み、
ｂｗ：溶着部幅、
Ｌｗ：溶着部の長さ、
σＷＡＢ：樹脂Ａと樹脂Ｂの溶着強度、
安全係数η＝０．０５〜１、
ＬＡ：ｔＡ部分の長さ、
σＡ：樹脂Ａの強度、
σＢ：樹脂Ｂの強度、
ＥＡ：樹脂Ａの縦弾性率、
ＥＢ：樹脂Ｂの縦弾性率、
εＡ：樹脂Ａの伸び、
εＢ：樹脂Ｂの伸び、
ただし、樹脂強度σＡ≦σＢ、樹脂縦弾性率ＥＡ≦ＥＢ、樹脂の伸びεＢ≦εＡ、５％≦εＡ≦１５０％である。
２．上記１に記載の設計方法によって得られることを特徴とする樹脂成形体、
である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、溶着された樹脂成形体において、溶着部からの破壊を低減し、溶着部の信頼性を向上させた成形体を得られるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明について、以下具体的に説明する。
樹脂（以下、樹脂母材あるいは母材とも略す）ＡとＢとの関係は、樹脂母材Ａの引張強度（以下、母材強度ともいう）σＡが樹脂母材Ｂの引張強度σＢより等しいかか小さく、かつ樹脂母材Ａの縦弾性率（以下、母材弾性率ともいう）ＥＡが樹脂母材Ｂの縦弾性率ＥＢより等しいか小さく、かつ樹脂母材Ａの伸びεＡが樹脂母材Ｂの伸びεＢより等しいか大きく、かつεＡが５％以上である組み合わせである。より好ましくは樹脂母材Ａの弾性率ＥＡとＢの弾性率ＥＢの関係において、樹脂母材Ａ側の弾性率を低くすることが好ましい。これにより樹脂母材Ａ側に応力を集中、樹脂母材Ｂにくらべ、より低い応力で降伏を示すことにより、溶着部への応力集中を低減し、溶着部からの破壊を低減できる。
【０００８】
また少なくとも母材Ａの伸びεＡは５％以上であり、好ましくは１０％以上である。また、伸びεＡは１００％以下であり、好ましくは６０％以下、さらに好ましくは３０％以下である。
伸びεＡが、上記の範囲であることにより、樹脂母材Ａ側に応力を集中、降伏伸びにともなうエネルギ吸収により溶着部位の応力集中を低減し、溶着部位からの破壊を低減できる。
本発明に用いられる樹脂Ａ、Ｂの母材強度σＡ、σＢ、母材縦弾性率ＥＡ、ＥＢ、伸びεＡ、εＢは、ＡＳＴＭやＩＳＯに準じる一般的な試験方法から求められる。またこれら物性は、溶着された成形体の使用環境を考慮した条件下で試験されることが好ましい。
また少なくとも樹脂母材Ａで形成される成形品の少なくとも一部の厚みｔＡは下記式で表される。
ｔＡ≦（（ｂＷ×ＬＷ）×σＷＡＢ×η）／（σＡ×ＬＡ）
【０００９】
本発明のｔＡは、樹脂母材Ａで形成される成形体において、溶着された成形品の溶着部位に垂直に位置する、最も肉薄部分の厚みを示す。
本発明のηは、溶着強度の信頼性を確保するための安全係数であり、通常ηは０．０５〜１の範囲である。
安全係数ηは、樹脂母材Ａ、Ｂの溶着において、溶着方法によって異なるが、例えば振動摩擦溶着法であれば、摩擦時間、加圧圧力等、熱板溶着法であれば加熱プレート温度、加熱時間、加熱プレートと被溶着物とのクリアランス等、レーザ溶着法であればレーザ出力、レーザの走査速度等の条件をふった溶着試験片を作製し、溶着強度を測定、そのバラツキを考慮した値を用いることができる。安全係数ηは、要求される溶着強度の信頼性のレベルにより任意に用いることができ、η＝０．０５〜１、好ましくは０．１〜０．９の範囲で選択される。
【００１０】
また、ＬＡは成形体に占める厚みｔＡ部分の長さを示す。
本発明のｂＷは溶着部幅であり、ＬＷは溶着部分の長さを示す。
また、σＷＡＢは樹脂母材Ａと樹脂母材Ｂの溶着強度である。樹脂母材Ａの溶着強度σＡは、樹脂母材Ａ同士を溶着、溶着部位を引っ張り破断することにより求める。また樹脂母材Ｂの溶着強度σＢは、樹脂母材Ｂ同士を溶着、溶着部位を引っ張り破断することにより求める。同様に樹脂母材ＡとＢを溶着、溶着部位を引っ張り破断することにより溶着強度σＷＡＢを求めることができる。
溶着部位の面積ｂＷ×ＬＷと母材ＡのｔＡ部が占める製品部断面積ｔＡ×ＬＡが同じ場合、一般的に溶着部強度は母材Ａ強度にくらべ低いため、溶着部位で容易に破壊が生じてしまう。したがって母材Ａ強度と母材ＡとＢの溶着強度を考慮しｔＡを求め、製品デザインに反映させることで、樹脂母材Ａ側のｔＡ部位に応力を集中、樹脂母材Ａが降伏を示すことにより、溶着部への応力集中を低減し、溶着部からの破壊を低減できる。
【００１１】
すなはち、樹脂母材Ａと樹脂母材Ｂを溶着し、それぞれの端面を掴み溶着部に引張応力を発生させた場合、またタンク形状等において内部から圧力を受けた場合、また落下等により外部から圧力を受けた場合、樹脂母材Ａの厚みｔＡの部分に変形を集中させることができ、該部分において内力、外力によるエネルギを吸収することができ、溶着部からの破壊を低減し、溶着部の信頼性を向上させることができる。
用いる母材樹脂Ａおよび母材樹脂Ｂは、上記の物性の関係を満たせば特に制限はなく、オレフィン系、スチレン系、ポリカーボネート、ポリアミド系、変性ポリフェニレンエーテル、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ポリアセタール樹脂等用いることができる。またポリマーアロイ樹脂等であっても特に制限はないが、母材樹脂Ａ、Ｂを形成するマトリックス樹脂は相溶性や接着性を有するものが好ましい。
これらのポリマーに滑剤、結晶核剤、熱安定剤、耐候剤、帯電防止剤、難燃剤、着色剤、無機フィラー等添加することができる。
また、たとえば図３に示したタンク形状等の溶着製品の設計において、樹脂母材ＡおよびＢを、上下いずれに用いるかは、製品の使用環境、予想される外力を考慮し任意に選択できる。
【実施例】
【００１２】
本発明を実施例に基づいて説明する。
使用した樹脂の２３℃絶乾状態における母材特性を表１に示す。樹脂はいずれも旭化成ケミカルズ株式会社製ポリアミド６６樹脂を用いた。
樹脂（１）  レオナ１４０２Ｓ
樹脂（２）  レオナ１４０２Ｇ
樹脂（３）  レオナＴＲ１６０
樹脂（４）  レオナＴＲ３８０
溶着強度は、熱板溶着により試験片を作製、評価した。
熱板溶着機  タカギセイコー株式会社製テストピース熱板溶着機。
試験片はＩＳＯダンベルを中央部で溶着面が平行になるように精密カットソーにより切断、該切断面を溶着した。
試験片の溶着部寸法は、厚みｂＷ＝約３．９２ｍｍ  幅ＬＷ＝約９．８３ｍｍ、したがって溶着部面積は約０．３８５ｃｍ２である。
溶着条件は、
加熱板温度６００℃
加熱板と溶着面のクリアランス  １．３ｍｍ
加熱時間  ２３ｓｅｃ
とし溶着強度は５本測定した平均を用いた。
【００１３】
［比較例１〜７］
表２の樹脂の組み合わせにおいてＩＳＯ試験片を用い溶着、溶着強度、伸びを測定した。いずれも溶着部位で破壊し、伸びも低い結果であった。
同じ材質であっても大きな伸びが期待できないことがわかる。
【００１４】
［実施例１］
表３樹脂の組み合わせにおいて、σＡ＝７７ＭＰａ、σＷＡＢ＝５９ＭＰａ、ｂｗ＝０．３９２ｃｍ、ＬＡ＝ＬＷ＝０．９８３ｃｍ、安全率ηを０．８とし、樹脂Ａ側の薄肉部ｔＡを求めた。あらかじめ溶着しておいたＩＳＯダンベル試験片のＡ側の溶着部から約１０ｍｍ離れた位置にＲ１０、成形体厚みがｔＡになるように切削加工を施し、５ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引張試験を実施した。試験片は溶着部位で破断せず１０％以上の伸びを示し、厚みｔＡ部での降伏強度は樹脂母材Ａの降伏強度と一致した。
【００１５】
［実施例２］
表３の樹脂の組み合わせにおいて、σＡ＝５３ＭＰａ、σＷＡＢ＝２４ＭＰａ、ｂｗ＝０．３９２ｃｍ、ＬＡ＝ＬＷ＝０．９８３ｃｍ、安全率ηを０．８とし、樹脂Ａ側の薄肉部ｔＡを求め、実施例１と同様に評価した。試験片は溶着部位で破断せず１０％以上の伸びを示し、厚みｔＡ部での降伏強度は樹脂母材Ａの降伏強度と一致した。
【００１６】
［実施例３］
表３の樹脂の組み合わせにおいて、σＡ＝５３ＭＰａ、σＷＡＢ＝２３ＭＰａ、ｂｗ＝０．３９２ｃｍ、ＬＡ＝ＬＷ＝０．９８３ｃｍ、安全率ηを０．８とし、樹脂Ａ側の薄肉部ｔＡを求め、実施例１と同様に評価した。試験片は溶着部位で破断せず１０％以上の伸びを示し、厚みｔＡ部での降伏強度は樹脂母材Ａの降伏強度と一致した。
【００１７】
［実施例４］
表３の樹脂の組み合わせにおいて、σＡ＝６８ＭＰａ、σＷＡＢ＝５８ＭＰａ、ｂｗ＝０．３９２ｃｍ、ＬＡ＝ＬＷ＝０．９８３ｃｍ、安全率ηを０．８とし、樹脂Ａ側の薄肉部ｔＡを求め、実施例１と同様に評価した。試験片は溶着部位で破断せず１０％以上の伸びを示し、厚みｔＡ部での降伏強度は樹脂母材Ａの降伏強度と一致した。
【００１８】
【表１】
2006289685.tif 000002
【００１９】
【表２】
2006289685.tif 000003
【００２０】
【表３】
2006289685.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、溶着された樹脂成形体において、溶着部からの破壊を低減し、溶着部の信頼性を向上させることができ、家電、ＯＡ、自動車用途等の分野において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】熱板の溶着例である
【図２】樹脂母材Ａ側ｔＡ部の加工例である。
【図３】タンク形状での溶着例である。
【図１】
2006289685.tif 000005
【図２】
2006289685.tif 000006
【図３】
2006289685.tif 000007