(57)【要約】【課題】高極性熱可塑性ポリマーを介することなく非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーをマイクロ波や高周波による誘電加熟により接合することができる接合方法を提供する。【解決手段】少なくとも、一つのポリマー体４のうちの他のポリマー体５（または当該ポリマー体の他の部分）と接合すべき部分に、これらの接合すべきポリマー体の融点より沸点が高い、極性の高い液体６を付着させるとともに、前記一つのポリマー体４と前記他のポリマー体５（または当該ポリマー体の他の部分）とを、接合すべき部分において互いに接触させ、しかる後に液体６を誘電加熱することによって、液体６を介してポリマー体４，５の接合すべき部分を加熱溶融させることにより、ポリマー体４，５を接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーからなるポリマー体を接合する非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法であって、
少なくとも一つのポリマー体のうちの他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分と接合すべき部分に、これらの接合すべきポリマー体の融点より沸点が高い、極性の高い液体を付着する段階と、
前記一つのポリマー体と前記他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分とを、接合すべき部分において互いに接触させる段階と、
前記付着された液体を誘電加熱することによって、前記液体を介して前記ポリマー体の接合すべき部分を加熱溶融させることにより、前記ポリマー体を接合する段階とを有してなる非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法。
【請求項２】
前記一つのポリマー体と前記他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分とを、接合すべき部分において互いに接触させる段階において、前記一つのポリマー体と前記他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分とを加圧しながら接触させる請求項１記載の非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法。
【請求項３】
前記一つのポリマー体と前記他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分とを加圧しながら接触させる段階を、前記一つのポリマー体と前記他のポリマー体または当該ポリマー体を型内に入れて行う請求項２記載の非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法。
【請求項４】
前記一つのポリマー体は一方に開口を有する中空半球体状の第一の半球体、前記他のポリマー体は一方に開口を有する中空半球体状の第二の半球体であり、
前記接合すべき部分は前記第一の半球体および前記第二の半球体の開口端であり、
前記第一の半球体と前記第二の半球体とを接合する段階により、中空の球体を得る請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法。
【請求項５】
前記一つのポリマー体は第一の膜状体、前記他のポリマー体は第二の膜状体である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法。
【請求項６】
前記ポリマー体は粒体であり、
前記粒体同士を接合する段階により、前記ポリマーを焼結成形する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非極性および／または低極性の熱可塑性ポリマーからなるポリマー体をマイクロ波や高周波等の電磁波による誘電加熟により接合する非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波や高周波等の電磁波による誘電加熟によりポリマー体を接合する誘電加熟接合は、他の接合方法に比し多くの優れた利点を有している。
【０００３】
しかし、例えば、ポリスチレン等のスチレン系ポリマー、 ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系ポリマー、ＰＥＴ、ＰＶＣ等のポリエステル系ポリマー、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアセタール等の非極性または低極性の熱可塑性ポリマーは、マイクロ波や高周波等の電磁波による誘電加熟ができないか、または多少加熱できたとしても、溶融させるに足るほど十分加熱できないので、直接、誘電加熱により接合することはできない。
【０００４】
そこで、従来より、非極性または低極性熱可塑性ポリマー間に高極性の熱可塑性ポリマーを挟んだ状態で、高極性熱可塑性ポリマーを高周波誘電加熱することによって、高極性熱可塑性ポリマーとともに非極性または低極性熱可塑性ポリマーを溶融させることにより、高極性熱可塑性ポリマーを介して非極性または低極性熱可塑性ポリマーを接合することが行われている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−５９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の、高極性熱可塑性ポリマーを介することにより非極性または低極性熱可塑性ポリマーを誘電加熱で接合する接合方法では、高極性熱可塑性ポリマーと非極性または低極性熱可塑性ポリマーとが相溶することはないので、接合強度が小さくなる等の不都合が生じ、良好な接合が得られないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、高極性熱可塑性ポリマーを介することなく、非極性および／または低極性熱可塑性ポリマー同士をマイクロ波や高周波等の電磁波による誘電加熟により接合することができる非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、優れた接合特性を得ることができる非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法は、
非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーからなるポリマー体を接合する非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法であって、
少なくとも一つのポリマー体のうちの他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分と接合すべき部分に、これらの接合すべきポリマー体の融点より沸点が高い、極性の高い液体を付着する段階と、
前記一つのポリマー体と前記他のポリマー体または当該ポリマー体の他の部分とを、接合すべき部分において互いに接触させる段階と、
前記付着された液体を誘電加熱することによって、前記液体を介して前記ポリマー体の接合すべき部分を加熱溶融させることにより、前記ポリマー体を接合する段階とを有してなるものである。
【００１１】
なお、本発明における「低極性熱可塑性ポリマー」とは、誘電加熱によっては溶融させるに足りるほど加熱することが困難な熱可塑性ポリマーを指すものとする。したがって、単純にポリマーの極性の大きさのみによって分類されるものではなく、ポリマーの融点を考慮して分類されるべきものである。
【００１２】
本発明における「極性の高い液体」としては、例えばグリセリン、 ポリエチレングリコール、ニトロベンゼン、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、γ−ブチロラクトン、水等の液体が使用できる。ただし、水のような沸点が低い液体の場合は、接合対象とする非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーも融点が低いものに限定されるという制限は生じる。
【００１３】
なお、本発明においては、必ずしもポリマー体に液体を付着させる段階を行った後にポリマー体同士を接触させる段階を行う必要はなく、ポリマー体に液体を付着させる段階とポリマー体同士を接触させる段階とを同時的に行ってもよいし、場合によっては、ポリマー体同士を接触させる段階の後にポリマー体に液体を付着させる段階を行ってもよい。
【００１４】
本発明においては、非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーに付着された極性の高い液体にマイクロ波ないしは高周波等の電磁波による交番電界を作用し、誘電加熱することにより、該液体を介して非極性および／または低極性熱可塑性ポリマー間の接合すべき部分をも加熱し、溶融するので、非極性および／または低極性熱可塑性ポリマー同士を誘電加熱により接合することができる。
【００１５】
そして、本発明では、非極性および／または低極性熱可塑性ポリマー間に高極性熱可塑性ポリマーを介在させない。また、接合前にポリマーに付着された極性の高い液体は、仮にその全量がポリマーの接合部に侵入したとしても少量である上、実際には、外部に排出されてしまう割合が多いと思われるので、接合強度等、ポリマーの接合特性に悪影響を与えることはない。したがって、優れた接合特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法は、
（イ）高極性熱可塑性ポリマーを介することなく非極性および／または低極性熱可塑性ポリマー同士をマイクロ波や高周波等の電磁波による誘電加熟により接合することができる、
（ロ）優れた接合特性を得ることができる、
等の優れた効果を得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１において、下型と上型にそれぞれ非極性または低極性熱可塑性ポリマーからなる第一の半球体と第二の半球体とを収容し、下型に収容された第一の半球体の開口端に極性の高い液体を付着させた状態を示す断面図である。
【図２】実施例１において、上型を回転して、該上型に収容された第二の半球体の開口端を下型に収容された第一の半球体の開口端に重ねた状態を示す断面図である。
【図３】実施例１において、上型を下方に押圧することにより、上型に収容された第二の半球体の開口端を下型に収容された第一の半球体の開口端に押圧しながら誘電加熱し、接合を行っている状態を示す断面図である。
【図４】実施例１において、接合完了後、上型および下型から取り出され得られた中空球体を示す断面図である。
【図５】実施例２において、第一の膜状体のうちの第二の膜状体を接合すべき部分に極性の高い液体を付着した状態を示す断面図である。
【図６】実施例２において、第一の膜状体に第二の膜状体を重ねた状態を示す断面図である。
【図７】実施例２において、高周波ウェルダーにより第一の膜状体と第二の膜状体とを接合する状態を示す断面図である。
【図８】実施例２において、第一の膜状体と第二の膜状体との接合が完了した状態を示す断面図である。
【図９】実施例３における焼結成形作業を示す断面図である。
【図１０】実施例３における粒体に対する液体の付着状態を模式的に示す拡大断面図である。
【図１１】実施例３において得られた焼結成形体を示す断面図である。
【図１２】粒体に対する液体の付着状態の他の実施例を模式的に示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１〜４は、本発明の実施例１における接合工程を示しており、本実施例は、卓球ボール等の各種競技用ボール、玩具用ボール、装飾用ボール、各種浮子、弁体、ロールオン用ボール、容器等として使用できる中空球体の製造に本発明を適用した実施例である。
【００２０】
図１〜３において、下型１および上型２はセラミック等の非金属材料からなり、支軸３を中心として上型２を下型１に対し１８０度回転できるとともに、図２および３において下型１に対し上型２を一定範囲内で上下方向に移動可能とされている。前記下型１の上面側には半球状の下型凹部１ａ、上型２の下面側には半球状の上型凹部２ａが設けられている。
【００２１】
本実施例におけるポリマー体は、図１〜３に示されている第一の半球体４および第二の半球体５であり、これらの半球体４，５は、それぞれ一方に開口４ａ，５ａを有する中空半球体状をなしている。これらの半球体４，５は、あらかじめ射出成形、圧縮成形、トランスフアー成形等で、非極性または低極性熱可塑性ポリマーであるポリプロピレンを成形して作製しておく。
【００２２】
接合作業は次のような工程で行う。まず、図１のように、上型２を下型１に対し開いた状態において、下型凹部１ａに第一の半球体４を、上型凹部２ａに第二の半球体５を、開口４ａ，５ａを上方に向けてそれぞれ収容する。ここで、本実施例では、第一および第二の半球体４，５は、それぞれ完全な半球より僅かに高さが高く、その分だけ下型凹部１ａおよび上型凹部２ａから僅かに突出するようにしている。符号４ｂは第一の半球体４のうちの上記下型凹部１ａから僅かに突出した部分、符号５ｂは第二の半球体５のうちの上記上型凹部２ａから僅かに突出した部分をそれぞれ示している。
【００２３】
次に、前記第一の半球体４の開口端４ｃに極性の高い液体６としてグリセリンを付着させる。なお、この液体６の付着は、下型凹部１ａ内に第一の半球体４を収容する前に行ってもよい。また、本実施例では、第二の半球体５の開口端５ｃの方には液体を付着させないが、第二の半球体５にも液体６を付着させてもよい。
【００２４】
次に、図２のように、上型２を支軸３を中心として下型１に対し１８０度回転して、閉め、上型２に収容された第二の半球体５の開口端５ｃを下型１に収容された第一の半球体４の開口端４ｃに重ねて接触させる。
【００２５】
次に、図２および３のように、上型２を下方に押圧することにより、上型２に収容された第二の半球体５の開口端５ｃを下型１に収容された第一の半球体４の開口端４ｃに押圧しながら、マイクロ波を作用させ、液体６を誘電加熱する。すると、液体６を介して第一および第二の半球体４，５の開口端４ｃ，５ｃが加熱されて溶融し、第一の半球体４と第二の半球体５とが接合され、中空の球体７が得られる。
【００２６】
なお、上記誘電加熱および加圧により、第一および第二の半球体４，５のうちの下型凹部１ａおよび上型凹部２ａから僅かに突出していた部分４ｂ，５ｂは、潰されて球体７の内外に突出する小さなバリ（（図示せず））となる。球体７の外側に突出したバリは、研磨等により除去することができる。図４は、得られた球体７を下型１および上型２から離型した状態を示している。
【００２７】
この接合方法においては、非極性または低極性熱可塑性ポリマーからなるポリマー体（第二の半球体５）に付着された極性の高い液体６をマイクロ波によって誘電加熱することにより、該液体６を介して非極性または低極性熱可塑性ポリマーからなるポリマー体（第一および第二の半球体４，５）間の接合すべき部分をも加熱し、溶融するので、非極性または低極性熱可塑性ポリマー同士（第一および第二の半球体４，５）を誘電加熱により接合することができる。
【００２８】
そして、この接合方法においては、非極性または低極性熱可塑性ポリマー間に高極性熱可塑性ポリマーを介在させない。また、接合前にポリマー（第二の半球体５）に付着された極性の高い液体６は、仮にその全量がポリマーの接合部に侵入したとしても少量である上、実際には、外部に排出されてしまう割合が多いと思われるので、接合強度等、ポリマーの接合特性に悪影響を与えることはない。したがって、優れた接合特性を得ることができる。
【００２９】
また、本実施例では、接合前の状態では、第一および第二の半球体４，５は下型凹部１ａおよび上型凹部２ａから僅かに突出するようにしているので、第一および第二の半球体４，５の開口端４ｃ，５ｃ同士を確実に十分加圧した状態で接触させながら加熱を行うことができるため、より一層良好に接合を行うことができる。ただし、本発明においては、必ずしも接合前の状態において、接合すべきポリマーが型の凹部から僅かに突出するようにしなくてもよい。
【００３０】
また、本実施例では、接合すべき非極性または低極性熱可塑性ポリマーからなるポリマー体４，５を型１，２内に収容して接合作業を行っているが、本発明においては、接合すべき非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーからなるポリマー体を型内に収容しないで接合作業を行ってもよい。ただし、本実施例のようにポリマー体４，５を型内に収容して接合作業を行えば、接合部に対する加圧を良好に行えるとともに、接合部が所望の位置からずれたりすることがないようにすることかできる。
【００３１】
なお、本発明の接合方法によらず、従来の金型を使った一般的な加熱方法で熱可塑性ポリマーを接合しようとすると、材料全体が加熱され、中空（空洞）部分に融けて崩れてしまう。 また、 接合すべき材料として高極性の熱可塑性ポリマー (すなわちマイクロ波でよく発熱する材料) を使用し、マイクロ波誘電加熱をしても、同様に全体が溶融し、中空（空洞）部分に崩れてしまう。
【００３２】
また,本実施例においては、前述のように、非極性または低極性熱可塑性ポリマーとしてポリプロピレン、極性の高い液体としてグリセリンを使用しているが、非極性または低極性熱可塑性ポリマーとしてポリアセタール等、極性の高い液体としてポリエチレングリコール等を使用しても、良好に球体を得ることができる。
【実施例２】
【００３３】
図５〜８は、本発明の実施例２における接合工程を示しており、本実施例は、シート状、フィルム状等の膜状体の接合に本発明を適用した実施例である。本実施例におけるポリマー体は、第一の膜状体８および第二の膜状体９であり、これらの膜状体８，９は、非極性または低極性熱可塑性ポリマーであるポリエチレンからなる。
【００３４】
まず、図５のように、第一の膜状体８のうちの第二の膜状体９を接合すべき部分に極性の高い液体６としてポリエチレングリコールを付着させる。
【００３５】
次に、図６のように、第一の膜状体８に第二の膜状体９を重ねる。
【００３６】
次に、図７のように、第一および第二の膜状体８，９を従来公知の高周波ウェルダー（電極１０,１１以外は図示せず）の電極１０,１１で挟み、電極１０,１１で加圧しながら接合部に高周波を作用させる。すると、液体６が誘電加熱され、さらにこの液体６を介して第一および第二の膜状体８，９の接合すべき部分も加熱されて溶融し、図８のように接合される。
【００３７】
本実施例においても、非極性または低極性熱可塑性ポリマー（第一および第二の膜状体８，９）間に高極性熱可塑性ポリマーを介在させない。また、接合前に付着された極性の高い液体６は、仮にその全量がポリマーの接合部に侵入したとしても少量である上、実際には、外部に排出されてしまう割合が多いと思われるので、接合強度等、ポリマーの接合特性に悪影響を与えることはない。したがって、優れた接合特性を得ることができる。
【００３８】
また、高極性熱可塑性ポリマーからなる膜状体を高周波誘電加熱する従来の通常の高周波ウェルダ−加工では、接合部のポリマーが全体的に溶融した状態で加圧されていたので、接合部（シール部）が凹陥して大幅に薄くなってしまっていたが、本発明の接合方法では膜状体８，９の接合面のみが溶融するだけなので、そのような不都合を防止できる。
【００３９】
なお、本実施例では、従来の高周波ウェルダーをそのまま使用しているが、高周波ウェルダーを用いることなく、液体６を高周波誘電加熱またはマイクロ波誘電加熱により加熱してもよい。
【００４０】
また、従来の高周波ウェルダ−加工では、基本的に、直線状や簡単な曲線状にしか接合できなかったが、本発明の接合方法では、膜状体８，９に対し液体６を複雑な曲線状やパターン状に付着させることにより、膜状体８，９を複雑な曲線状やパターン状に接合することも可能である。
【００４１】
また、前述のように本実施例においては、非極性または低極性熱可塑性ポリマーとしてポリエチレン、極性の高い液体としてポリエチレングリコールを使用しているが、非極性または低極性熱可塑性ポリマーとしてポリプロピレン、ＰＥＴ、ナイロン等、極性の高い液体としてグリセリン、ホルムアミド等を使用しても、膜状体の接合を良好に行うことができる。
【実施例３】
【００４２】
図９〜１２は、本発明の実施例３を示している。本実施例におけるポリマー体は、非極性または低極性熱可塑性ポリマーからなる粒体１５であり、この粒体１５を焼結（融着）成形する。なお、本願において、「粒体」とは、微粒子からポリマーペレットのようなある程度大きい粒状体まで含む概念である。本実施例において、前記粒体１５は非極性または低極性熱可塑性ポリマーであるスチレン系エラストマーからなる。
【００４３】
図９に示されているように焼結用型は、ベース型１２と、このベース型１２上に軸方向を上下方向に向けられて載置された中空円筒状のダイス１３と、このダイス１３に上下方向に移動可能に嵌合される中実円筒状のポンチ１４とからなる。
【００４４】
極性の大きい液体６としてポリエチレングリコールを表面に付着させた粒体１５をダイス１３内に収容する。図１０は、本実施例における粒体１５に対する液体６の付着状態を模式的に示す拡大断面図であり、表面に液体６を付着された粒体１５間には、液体６が存在しない空間１７が存在している。
【００４５】
ダイス１３内に収容された、表面に液体６を付着された粒体１５をポンチ１４で加圧した状態でマイクロ波を作用させ、液体６を誘電加熱する。すると、液体６を介して粒体１５の表面が加熱されて溶融し、粒体１５同士が接合される結果、粒体１５が焼結成形され、図１１に示されるような多孔質のポリマー焼結成形体１６が得られる（なお、図９および１１では、本実施例の技術内容を分かり易くするため、粒体１５を誇張して大きく描くとともに模式的に示している）。
【００４６】
前述のように本実施例においては、非極性または低極性熱可塑性ポリマーとしてスチレン系エラストマー、極性の高い液体としてポリエチレングリコールを使用しているが、非極性または低極性熱可塑性ポリマーとして１，２ポリブタジエン系エラストマー、１２ナイロン、オレフィン系エラストマー等、極性の高い液体としてグリセリン、ホルムアミド、水等を使用してもよい（なお、水は、融点の低いオレフィン系エラストマーのような材料に対して用いる）。
【００４７】
なお、ＭＦＲ（メルトフローレート）が高いポリマーの場合は、図１０のように、表面に液体６を付着された粒体１５間に液体６が存在しない空間１７が存在するようにすると、液体６を誘電加熱したとき、加熱が強すぎると、粒体１５が表面のみならず内部まで全体的に溶融して潰れ、下方に崩れ落ちるようになり、多孔質の成形体が得られなくなる虞がある。
【００４８】
そのような場合には、加熱の程度を弱くするか、または図１２のように粒体１５間に液体６が完全に満たされ、液体６が存在しない空間１７が存在しないようにすれば、粒体１５に浮力が作用するので、液体６を誘電加熱したとき、粒体１５が表面のみならず内部まで全体に溶融して潰れ、下方に崩れ落ちてしまうのを防止でき、焼結成形を良好に行って良好な多孔質の成形体１６を得やすくなる。
【００４９】
なお、前記各実施例では、同種のポリマーを接合しているが、本発明においては、異種の非極性熱可塑性ポリマー同士、異種の低極性熱可塑性ポリマー同士、または非極性熱可塑性ポリマーと低極性熱可塑性ポリマーとを接合することも可能である（ただし、どんな組み合わせでも接合できるわけではなく、組み合わせによっては、接合できない場合もある）。
【００５０】
また、前記各実施例では、２つ以上のポリマー体を互いに接合しているが、本発明は、一つのポリマー体の２以上の部分同士（例えば長い形状の１つのポリマー体の一端と他端）を接合する場合にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように本発明による非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法は、マイクロ波や高周波等の電磁波による誘電加熟ができないか、または多少加熱できたとしても、溶融させるに足るほど十分加熱できない非極性および／または低極性熱可塑性ポリマーの接合方法として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１    下型
１ａ  下型凹部
２    上型
２ａ  上型凹部
４    第一の半球体（ポリマー体）
４ａ  第一の半球体の開口
４ｂ  第一の半球体のうちの下型凹部から僅かに突出した部分
４ｃ  第一の半球体の開口端
５    第二の半球体（ポリマー体）
５ａ  第二の半球体の開口
５ｂ  第二の半球体のうちの上型凹部から僅かに突出した部分
５ｃ  第二の半球体の開口端
６    極性の高い液体
７    球体
８    第一の膜状体（ポリマー体）
９    第二の膜状体（ポリマー体）
１０、１１    高周波ウェルダーの電極
１２    ベース型
１３    ダイス
１４    ポンチ
１５    粒体（ポリマー体）
１６    焼結成形体
１７    空間
【図１】
2016150568.tif 000003
【図２】
2016150568.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016150568.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016150568.tif 000012
【図１１】
2016150568.tif 000013
【図１２】
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