(57)【要約】【課題】  比較的大型の熱可塑性樹脂製品であっても、超音波溶着により簡易にかつ短時間で精度良く溶着する。【解決手段】  受容体１Ａと板状体１Ｂとから成る熱可塑性樹脂製品１を、コンベア１２により、超音波ホーン１０の先端に接触させながら通過させる。この場合に、１ｋＨｚ〜２８ＫＨｚの超音波振動を伝導する超音波ホーン１０を熱可塑性樹脂製品１の全幅にわたって配置して熱可塑性樹脂製品１の全幅にわたり一軸状に超音波振動を付与すると共に、この一軸状の超音波振動を熱可塑性樹脂製品１の進行方向に連続的に付与して、両者の接合面１ａ、１ｂを振動による摩擦熱によって溶融して接合する。超音波ホーン１０の熱可塑性樹脂製品１に接する先端部１０ａは、曲面形状に形成されており、熱可塑性樹脂製品１に線接触する。この超音波ホーン１０の先端部１０ａの熱可塑性樹脂製品１に対する加圧力は、０．１Ｎ〜３Ｎとなるように制御されている。【選択図】        図１
2005224966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ホーンにより熱可塑性樹脂製品に超音波振動を付与して複数の前記熱可塑性樹脂製品を相互に溶着する樹脂製品の溶着方法において、１ｋＨｚ〜２８ＫＨｚの超音波振動を伝導する前記超音波ホーンを前記熱可塑性樹脂製品の全幅にわたって配置して前記熱可塑性樹脂製品の全幅にわたり一軸状に超音波振動を付与し、前記超音波振動を前記熱可塑性樹脂製品又は前記超音波ホーンの進行方向に連続的に付与することを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項２】
請求項１に記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記超音波ホーンの前記熱可塑性樹脂製品に接する先端部を、曲面形状に形成して前記熱可塑性樹脂製品に線接触させることを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記超音波ホーンの前記熱可塑性樹脂製品に接する先端部を、前記熱可塑性樹脂製品に対して０．１Ｎ〜３Ｎの加圧力で接触させることを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記超音波ホーンを、並列に配置された複数のホーン単体から形成して、前記熱可塑性樹脂製品の全幅にわたって一軸状に超音波振動を付与することを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記複数の熱可塑性樹脂製品をホットメルト剤を介して溶着することを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項６】
請求項５に記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記ホットメルト剤を、前記複数の熱可塑性樹脂製品のうちの少なくとも一方の接合面に沿って形成された溝内に充填することを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項７】
請求項６に記載されたに記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記ホットメルト剤が充填される溝の縦断面を、矩形状に形成することを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれかに記載された樹脂製品の溶着方法であって、前記ホットメルト剤として液状のエチレン酢酸ビニル共重合体を使用することを特徴とする樹脂製品の溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、熱可塑性樹脂製品に超音波振動を付与して、その摩擦熱により熱可塑性樹脂製品を溶着する樹脂製品の溶着方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、インジェクション成型品等の熱可塑性樹脂製品を相互に溶着する方法の一つとして、一般に、一方の樹脂製品に接着剤を添着後、この接着剤をオーブン等により加熱して硬化させる方法が知られている。しかし、この熱溶着では、全体を一度に溶着することはできるものの、加熱のためのオーブンに大きな設置スペースを要し、また、加熱の際に悪臭が発生したり、処理に長時間を要する問題があった。
【０００３】
これらの問題点については、熱可塑性樹脂製品に、例えば、３００ＫＨｚ等の数百ＫＨｚ程度の超音波振動を付与して、その摩擦熱により熱可塑性樹脂製品を溶融させて接着することにより回避することができる（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
この超音波溶着においては、振動子により発生した超音波を熱可塑性樹脂製品に伝達する超音波ホーンが、高周波を維持するために、例えば、先端が円筒形状等の比較的小型な形状に形成されるため大きな設置スペースを要しない反面、それが故に一方でスポット的な溶着を連続的に行うことが必要となり、一度に広範囲を溶着することができず、処理に時間と手間を要する問題があった。このため、一般に、比較的大型の樹脂製品の溶着には適さず、超音波溶着の有利な点を活かすことはできなかった。
【０００５】
また、この超音波溶着においては、振動子が取り付けられた超音波ホーンを、熱可塑性樹脂製品に接触させて、超音波振動を付与するものであるが、その際に、超音波ホーンの熱可塑性樹脂製品への接触面が、熱可塑性樹脂製品に損傷や断列等を与えるおそれがあるという欠点を有していた。
【０００６】
一方、振動治具により、例えば、５０ＫＨｚ〜５００Ｈｚ等の数百Ｈｚ程度の低い周波数で数十μｍの振幅の振動を熱可塑性樹脂製品全体に伝導し、この振動による摩擦熱により、熱可塑性樹脂製品の接合面を溶融させて溶着する振動溶着も知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この振動溶着においては、接合面にとげやバリが発生することがあり、製品精度に影響を与えることがあった。
【０００７】
このように、従来は、いずれの溶着方法によっても、小さなスペースで迅速に、仕上がりが良好な溶着物を製造することはできないのが現状であった。特に、仕上がり状態が最も良好な超音波溶着において、比較的大型の熱可塑性樹脂製品を迅速に処理することができないのが現状であった。
【特許文献１】特開平６−２９３０７６号公報
【特許文献２】特開平６−２９３０７７号公報
【特許文献３】特開平５−１２５８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、比較的大型の樹脂製品であっても、超音波溶着により、小さなスペースで迅速に、かつ、良好な仕上がりで溶着することができる樹脂製品の溶着方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、超音波ホーンにより熱可塑性樹脂製品に超音波振動を付与して複数の熱可塑性樹脂製品を相互に溶着する樹脂製品の溶着方法において、１ｋＨｚ〜２８ＫＨｚの超音波振動を伝導する超音波ホーンを熱可塑性樹脂製品の全幅にわたって配置して熱可塑性樹脂製品の全幅にわたり一軸状に超音波振動を付与し、この超音波振動を熱可塑性樹脂製品又は超音波ホーンの進行方向に連続的に付与することを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、超音波ホーンの熱可塑性樹脂製品に接する先端部を、曲面形状に形成して熱可塑性樹脂製品に線接触させることを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、超音波ホーンの熱可塑性樹脂製品に接する先端部を、熱可塑性樹脂製品に対して０．１Ｎ〜３Ｎの加圧力で接触させることを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第１乃至第３のいずれかの解決手段において、超音波ホーンを、並列に配置された複数のホーン単体から形成して、熱可塑性樹脂製品の全幅にわたって一軸状に超音波振動を付与することを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第１乃至第４のいれかの解決手段において、複数の熱可塑性樹脂製品をホットメルト剤を介して溶着することを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第５の解決手段において、ホットメルト剤を、複数の熱可塑性樹脂製品のうちの少なくとも一方の接合面に沿って形成された溝内に充填することを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決するための第７の手段として、上記第６の解決手段において、ホットメルト剤が充填される溝の縦断面を、矩形状に形成することを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するための第８の手段として、上記第５乃至第７のいずれかの解決手段において、ホットメルト剤として液状のエチレン酢酸ビニル共重合体を使用することを特徴とする樹脂製品の溶着方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記のように、超音波の周波数帯域を１ｋＨｚ〜２８ＫＨｚに限定する分、全幅が１ｍ程度の比較的大型の熱可塑性樹脂製品であっても、超音波ホーンをその全幅にわたって配置することを可能として、熱可塑性樹脂製品の全幅にわたり全長方向に連続的にスキャンして溶着するため、超音波溶着において、手間と時間と大きなスペースを要しない溶着を実現することができる実益がある。
【００１８】
また、本発明によれば、上記のように、超音波ホーンの熱可塑性樹脂製品に接する先端部を、曲面形状に形成して熱可塑性樹脂製品に線接触させているため、熱可塑性樹脂製品に損傷を与えることがなく、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる実益がある。
【００１９】
また、本発明によれば、上記のように、超音波ホーンの熱可塑性樹脂製品に接する先端部を、熱可塑性樹脂製品に対して０．１Ｎ〜３Ｎの低い加圧力で接触させているため、熱可塑性樹脂製品に損傷を与えることなく、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる実益がある。
【００２０】
本発明によれば、上記のように、超音波ホーンを、並列に配置された複数のホーン単体から形成しているため、各ホーン単体自体は比較的小型に形成する等して製造等の取扱いを容易とすることができると共に、このホーン単体の設置個数を、熱可塑性樹脂製品の全幅に応じて適宜設定することにより様々な大きさの熱可塑性樹脂製品の迅速な超音波溶着に適切に対応することができる実益がある。
【００２１】
本発明によれば、上記のように、複数の熱可塑性樹脂製品を、振動熱により溶融するホットメルト剤を介して溶着しているため、溶着した接合面においてとげやバリが発生することがないと共に簡易に強固に溶着することができ、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる実益がある。
【００２２】
この場合、本発明によれば、特に、ホットメルト剤を、複数の熱可塑性樹脂製品のうちの少なくとも一方の接合面に沿って形成された溝内に充填して、接合しているため、振動による溶着に際し、ホットメルト剤がはみ出す等して製品の精度を低下させることがなく、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる実益がある。
【００２３】
本発明によれば、上記のように、ホットメルト剤が充填される溝の縦断面を、矩形状に形成しているため、ホットメルト剤と熱可塑性樹脂製品との接触面積を大きくとることができ、より強固にかつ確実に複数の樹脂製品を溶着することができる実益がある。
【００２４】
本発明によれば、上記のように、ホットメルト剤として液状のエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を使用しているため、接合面への塗布や充填に際して、飛散したりすることがなく、特に液状とした場合には、プログラミングされた自動塗布装置等により接合面に簡易に塗布又は充填することができる実益がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１は本発明の熱可塑性樹脂製品１の溶着方法を実施する状態の概略を示し、この溶着方法は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂等から形成された熱可塑性樹脂製品１に超音波振動を付与して、複数の熱可塑性樹脂製品１を相互に溶着するものである。
【００２６】
具体的には、図示の実施の形態では、例えばインジェクション成形された受容体１Ａと、この受容体１Ａに溶着されるべき板状体１Ｂとを溶着する状態が示されており、これらの受容体１Ａ及び板状体１Ｂの接合面に、超音波ホーン１０により超音波振動を付与して、この超音波振動による摩擦熱によって、受容体１Ａ及び板状体１Ｂの接合面を溶融させて、相互に接着する方法である。
【００２７】
図示の実施の形態では、この溶着方法を実施する装置として、超音波ホーン１０と、この超音波ホーン１０の下方を通過することができるコンベア１２が用いられているのが示されている。超音波ホーン１０は、図１及び図２に示すように、振動子１４に接続され、この振動子１４により発生した振動を超音波振動として、熱可塑性樹脂製品１に付与するものである。一方、コンベア１２は、図１及び図２に示すように、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１を、固定的に設置された超音波ホーン１０の下方に搬送して超音波ホーン１０を通過させるものである。従って、図示の実施の形態では、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１が移動することにより、超音波ホーン１０の下方を通過して受容体１Ａと板状体１Ｂとが溶着される。
【００２８】
この装置を使用した本発明の溶着方法の処理手順を詳細に述べると、まず、図１及び図２に示すように、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１を、コンベア１２等の搬送手段上に載置する。この場合、後述する超音波振動が、受容体１Ａと板状体１Ｂとの接合面１ａ、１ｂ（図３及び図４参照）に確実に伝導するように、肉厚の薄い板状体１Ｂの方を上方に配置して、コンベア１２上に載置する。
【００２９】
次いで、コンベア１２を駆動して、図１及び図２に示すように、熱可塑性樹脂製品１を、超音波ホーン１０の下方に搬送して、超音波ホーン１０に接触させながら通過させる。熱可塑性樹脂製品１である受容体１Ａ及び板状体１Ｂは、この超音波ホーン１０に接触しながら通過する際に、超音波ホーン１０から超音波振動を付与されることにより、この振動による摩擦熱で、その接合面１ａ、１ｂが溶融して相互に一体的に接合され、これにより溶着される。
【００３０】
この場合、本発明においては、超音波ホーン１０は、１ｋＨｚ〜２８ＫＨｚの超音波振動を熱可塑性樹脂製品１に伝導するように設定されている。このように超音波の周波数帯域を１ｋＨｚ〜２８ＫＨｚに限定する分、超音波ホーン１０の全幅を比較的大きく、具体的には、約１ｍ程度に設定することも可能となる。本発明においては、このように比較的大型に設定された超音波ホーン１０を、特に図１に示すように、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１の全幅にわたって配置している。
【００３１】
従って、超音波溶着でありながら、全幅が１ｍ程度の比較的大型の熱可塑性樹脂製品１であっても、その全幅にわたり一軸状に超音波振動を付与することができる。即ち、比較的大型の熱可塑性樹脂製品１についても、その全幅方向を一度に溶着することができる。そして、本発明では、この熱可塑性樹脂製品１の全幅にわたる一軸状の超音波振動を、上述したようにコンベア１２により超音波ホーン１０を通過する熱可塑性樹脂製品１に、その熱可塑性樹脂製品１の進行方向に連続的に付与しているため、熱可塑性樹脂製品１を、超音波ホーン１０の下方を通過させてスキャンするだけで、受容体１Ａと板状体１Ｂとを超音波溶着することができる。従って、超音波溶着に、多大な手間と時間を要することがないと同時に、オーブンのような大型の設備も要しない。
【００３２】
この超音波の周波数及び超音波ホーン１０の大きさは、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１の全幅にわたって超音波ホーン１０を配置することができれば、その熱可塑性樹脂製品１の大きさに合わせて適宜設定することができ留。例えば、周波数を低く設定する程超音波ホーン１０を大型に設定することができるため、例えば１ｍ程度の大型の熱可塑性樹脂製品に適した処理とすることができ、一方、周波数を高く設定する程超音波ホーン１０を小さく設定することができるため、例えば、全幅が３０ｃｍ程度の熱可塑性樹脂製品１の場合には、その全幅にわたって超音波ホーン１０を配置して、全幅方向を一度に溶着しつつ、精度良く超音波溶着することができる。
【００３３】
なお、超音波とは、一般的には人間の可聴域を超える高周波、具体的には、２０ＫＨｚ以上の周波数を指すが、人の耳で直接聞くことを要しない音波という意味で、上記のように１ＫＨｚ〜２８ＫＨｚの超音波を使用することができ、この範囲内で、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１の大きさ等に合わせて適宜適切な周波数を設定することができる。平均的には、この周波数を１８ＫＨｚ程度とすると、大型、中型、小型のいずれの熱可塑性樹脂製品であっても、一度に適切に超音波溶着することに対応することができ、望ましい。
【００３４】
また、超音波ホーン１０は、図示の実施の形態においては、図１及び図２に示すように、熱可塑性樹脂製品１（板状体１Ｂ）に接する先端部１０ａが、曲面形状に形成されている。このため、超音波ホーン１０は、図２に示すように、熱可塑性樹脂製品１に線接触するため、熱可塑性樹脂製品１の進行方向における複数の箇所で熱可塑性樹脂製品に加圧することがなく引っ張り等による損傷を熱可塑性樹脂製品１に与えることがなく、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる。
【００３５】
更に、本発明においては、この超音波ホーン１０の熱可塑性樹脂製品１に接する先端部１０ａの熱可塑性樹脂製品１に対する加圧力を制御して、超音波ホーン１０の先端部１０ａが０．１Ｎ〜３Ｎの比較的低い加圧力で熱可塑性樹脂製品１に接触するように設定している。このため、より一層、熱可塑性樹脂製品１に損傷を与えることなく、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる。具体的には、超音波ホーン１０を下方に付勢する図示しないスプリングによる押圧力の調整や、また電気的な制御システムにより達成することができる。
【００３６】
なお、本発明では、２５０Ｈｚ等の低周波により熱可塑性樹脂製品１を振動させる振動溶着と異なり、１ＫＨｚ以上の超音波振動を伝導しているため、振動による溶着に際し、充分にとげやバリの発生を抑制することはできるが、本発明においても、図３及び図４に示すように、溶着すべき熱可塑性樹脂製品１である受容体１Ａと板状体１Ｂとを、ホットメルト剤１６を介して、溶着することが望ましい。
【００３７】
このホットメルト剤１６は、超音波ホーン１０による超音波振動を受けて、ホットメルト剤１６自体が溶融して、受容体１Ａ及び板状体１Ｂと接着するので、受容体１Ａや板状体１Ｂの接合面１ａ、１ｂにとげやバリを発生させることなく溶着することができるのは勿論のこと、接着性が非常に高いため、受容体１Ａと板状体１Ｂとを強固に溶着することができ、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる。
【００３８】
このホットメルト剤と１６としては、具体的には、液状のエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を使用することができる。ＥＶＡは相溶性や接着性に優れ、特に、これを液状として使用した場合には、超音波振動の付与によって飛散等することがないので、好適である。但し、必ずしもＥＶＡに限定されるものではなく、加水による耐腐食性等を考慮して、エチレンアクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）やエチレンアクリル酸共重合体（ＥＡＡ）等を使用することもできる。
【００３９】
この場合、具体的には、図３及び図４に示すように、板状体１Ｂに比し高さを有すると共に下方に配置される受容体１Ａに、その接合面１ａの形状に沿って溝１８を形成し、ホットメルト剤１６を、この溝１８内に充填して超音波融着することが望ましい。これにより、板状体１Ｂを受容体１Ａ上に設置した際の圧力により、ホットメルト剤１６が、受容体１Ａと板状体１Ｂとの接合面１ａ、１ｂからはみ出す等して製品の精度を低下させることがなく、良好な仕上がりの溶着物を製造することができる。
【００４０】
なお、ホットメルト剤１６は、特に、液状のＥＶＡを使用した場合には、例えば、予め受容体１Ａの接合面１ａの形状（パターン）に沿って移動することができるようにプログラミングされた自動塗布装置等により、この溝１８内へ簡易に充填することができる。
【００４１】
また、このホットメルト剤１６が充填される溝１８は、特に図４に示すように、その縦断面を、矩形状に形成することが望ましい。これにより、ホットメルト剤１６と熱可塑性樹脂製品（受容体１Ａ及び板状体１Ｂ）との接触面積を大きくとることができ、より強固にかつ確実に受容体１Ａと板状体１Ｂとを溶着することができる。
【００４２】
なお、図示の実施の形態では、熱可塑性樹脂製品１を移動させて、固定的に設置された超音波ホーン１０の下を通過させる形態としたが、超音波ホーン１０を熱可塑性樹脂製品１の全幅及び全長方向にわたって接触させることができれば、その干渉方法には特に限定はなく、図１及び図２と異なり、熱可塑性樹脂製品１は固定的に設置して、超音波ホーン１０をこの熱可塑性樹脂製品１の全長方向にわたって移動させるように設定することもできる。
【００４３】
また、図示の実施の形態では、単体の超音波ホーン１０を使用したが、熱可塑性樹脂製品１の全幅にわたって超音波ホーン１０を設置することができれば、超音波ホーン１０を、並列に配置された図示しない複数のホーン単体から形成することもできる。これにより、各ホーン単体自体は比較的小型に形成する等して製造等の取扱いを容易とすることができると共に、このホーン単体の設置個数を、熱可塑性樹脂製品１の全幅に応じて適宜設定することにより様々な大きさの熱可塑性樹脂製品１の迅速な超音波溶着に適切に対応することができる。この場合、単数の振動子１４を複数のホーン単体で共通に使用することもできるし、各ホーン単体毎に振動子１４を設置することもできる。後者の場合には、各ホーン単体毎の周波数を高く設定して、精度良く超音波溶着をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂等から形成された熱可塑性樹脂製品であれば、受容体と板状体とから成る容器状の製品に限らず、広くその溶着に適用することができ、特に、従来の超音波溶着では迅速に処理できなかった大型の熱可塑性樹脂製品の溶着に適用することができる。
容易、特に大型
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の溶着方法を実施する状態の概略斜視図である。
【図２】本発明の溶着方法を実施する状態の概略側面図である。
【図３】熱可塑性樹脂製品にホットメルト剤を充填して溶着する実施の形態の概略平面図である。
【図４】熱可塑性樹脂製品にホットメルト剤を充填して溶着する実施の形態の概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  熱可塑性樹脂製品
１Ａ  受容体
１ａ  受容体の接合面
１Ｂ  板状体
１ｂ  板状体の接合面
１０  超音波ホーン
１０  超音波ホーンの先端部
１２  コンベア
１４  振動子
１６  ホットメルト剤
１８  溝
【図１】
2005224966.tif 000003
【図２】
2005224966.tif 000004
【図３】
2005224966.tif 000005
【図４】
2005224966.tif 000006