(57)【要約】      （修正有）【課題】厚いポリオレフィン樹脂（ＰＥ、ＰＰ）やポリフッ化炭化水素樹脂の場合でも良好な溶着結果を齎す赤外線溶着法を提供することにある。【解決手段】支持体１に対して２個以上の熱可塑性樹脂部材３を重合し、さらに赤外線透過性固体５を重合して重合群を形成し、この重合群に対して赤外線透過性固体側からＣＯを光源とする赤外線ビーム１１を照射する。赤外線透過固体と接触する熱可塑性樹脂部材の境界温度が相対的に低くなり、浸透した赤外線エネルギーによりその内部でより高温となった領域を発現し得る。その結果熱可塑性樹脂部材の赤外線ビーム照射側表層での熱損傷による表面性状の悪化が抑制され、短時間のうちに加熱・冷却された溶着層を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体に対して２個以上の熱可塑性樹脂部材を重合し、さらに赤外線透過性固体を重合して重合群を形成し、この重合群に対して赤外線透過性固体側からＣＯレーザーを光源とする赤外線ビームを照射することを特徴とする熱可塑性樹脂部材の溶着方法。
【請求項２】
前記ＣＯレーザーの波長が5μｍ帯であることを特徴とする請求項１に記載の溶着方法。
【請求項３】
前記支持体の赤外線ビーム照射側表層がゴム緩衝層であることを特徴とする請求項１に記載の溶着方法。
【請求項４】
赤外線透過性固体としてセレン化亜鉛、硫化亜鉛、シリコン、ゲルマニウム、サファイアまたは砒素化ガリウムを用いることを特徴とする請求項１に記載の溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は熱可塑性樹脂部材の溶着方法に関するものであり、さらに詳しくは赤外線ビームの照射による熱可塑性樹脂部材の溶着方法の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂部材の溶着方法としては、従来から超音波溶着法、高周波溶着法などが公知であり実際にも使用されている。
【０００３】
超音波溶着法においては、超音波発振子より発生した超音波エネルギーが被溶着面で機械振動による摩擦熱に変換されることにより、被溶着面近傍のみが選択的に発熱して溶着する。しかし、被溶着材料が軟質樹脂の場合、超音波エネルギーが被溶着面に伝播される前に大幅に減衰するので、溶着が困難となる場合が多いという欠点がある。
【０００４】
高周波溶着法では、金属製高周波ダイと支持台によって挟み込まれた樹脂フィルムが、高周波を印加する交番電界中で、誘電損失により瞬時に発熱し溶着する。この場合、高周波発振ダイは高い熱伝導性をもつ金属であり、溶融した熱可塑性樹脂フィルム表層の熱が効率よく除熱されて樹脂表層は低温に維持されて、溶着部表面性状の変化の少ない溶着が可能である。しかしこの方法は誘電損失の少ないポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンポリエステルやフッ素樹脂などの溶着には適用困難となる場合が多いという欠点がある。
【０００５】
そこでこれらに代わる溶着方法として赤外線透過溶着法が提案されている。この方法にあっては光源として赤外線を用い、支持体に対して２個以上の熱可塑性樹脂部材を重合し、さらに赤外線透過性固体を重合して重合群を形成し、この重合群に対して赤外線透過性固体側から赤外線ビームを照射するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし従来の赤外線透過溶着法においては、赤外線光源として１０μｍ帯のＣＯ2レーザーを用いていたが故に、厚いポリオレフィン樹脂（ＰＥ、ＰＰ）やポリフッ化炭化水素樹脂（ＰＦＡ、ＰＴＦＥなど）の場合には所望の良好な溶着結果が得られないという問題があった。
【０００７】
この発明の目的は厚いポリオレフィン樹脂（ＰＥ、ＰＰ）やポリフッ化炭化水素樹脂の場合でも良好な溶着結果を齎す赤外線溶着法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このためこの発明においては、支持体に対して２個以上の熱可塑性樹脂部材を重合し、さらに赤外線透過性固体を重合して重合群を形成し、この重合群に対して赤外線透過性固体側からＣＯを光源とする赤外線ビームを照射することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
赤外線透過固体と接触する熱可塑性樹脂部材の境界温度が相対的に低くなり、浸透した赤外線エネルギーによりその内部でより高温となった領域を発現し得る。その結果熱可塑性樹脂部材の赤外線ビーム照射側表層での熱損傷による表面性状の悪化が抑制され、短時間のうちに加熱・冷却された溶着層を得ることができる。
【実施例】
【００１０】
図1に示すのはこの発明の溶着方法を実施するシステムの基本的構成を示すものである。支持体１に対向接触して２個の熱可塑性樹脂部材３が重合されており、さらにこれら重合された熱可塑性樹脂部材３に対し支持体１とは反対側にヒートシンク作用を有する赤外線透過性固体５を対向接触重合して重合体群が形成されている。この重合体群に矢印7で示すように圧縮力を加えて重合体群を構成する要素１，３，５を密着させる。ついでこの重合群に対して赤外線透過性固体５側からＣＯを光源９とする赤外線ビーム１１が照射される。
【００１１】
この発明において用いる支持体１とは、赤外線ビーム１１の照射中に赤外線透過固体５と熱可塑性樹脂部材３および被溶着面同士が安定して接触状態を保つためのものである。その機能を持つ限りにおいては支持体1の材質や形状はどのようなものであってもよい。例えば圧縮力によっても塑性変形が生じ難く、適度な剛性を有したスチール、アルミニウム合金、銅合金などの金属性ブロックや板が用いられる。
【００１２】
さらに支持体１はその赤外線ビーム照射側表層がゴム緩衝層であってもよい。厚さが薄いまたは熱収縮性が高い熱可塑性樹脂部材同士を溶着するに当たって、熱可塑性樹脂部材自身の表面起伏などにより赤外線透過固体５と、熱可塑性樹脂部材３、および被溶着面同士の物理的接触状態（接触圧力および接触面積)が不足し、溶着後に溶着部でボイドや破れ、顕著な収縮などの欠陥が生じ易い場合がある。このような場合に、支持体１の赤外線ビーム照射側表層がゴム緩衝層であることによって、赤外線透過固体５と熱可塑性樹脂部材３、および被溶着面同士の物理的接触状態を改善し、溶着後のボイドや破れ、顕著な収縮などの欠陥の発生を抑えることができる。
【００１３】
赤外線透過固体５としてはセレン亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（Ｚｎｓ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム(Ｇｅ)、サファイア(Ａｌ2Ｏ3)または砒素化ガリウム（ＧａＡｓ）などの、熱伝導度１５ｗ/ｍ・Ｋ以上を有する赤外結晶材料が挙げられる。
【００１４】
この発明の赤外線溶着方法により溶着できる熱可塑性樹脂部材としては、従来の溶着方法では難溶着性を呈する熱可塑性樹脂部材、つまり高周波帯域での誘電損失が低くかつ軟質であるが故に高周波溶着および超音波溶着のいずれを適用しても溶着が困難である熱可塑性樹脂部材、および高周波帯域で誘電損失が低くかつ融点が高い熱可塑性樹脂部材が挙げられる。かかる熱可塑性樹脂部材の具体例としては、前者としてはオレフィン系熱可塑性エラストマーが、後者としてはフッ素系樹脂や液晶ポリマーがある。
【００１５】
図２に示すのは赤外線光源としてＣＯ2を用いた場合（鎖線１９）と赤外線光源としてＣＯを用いた場合(点線１７)の熱可塑性樹脂部材内部の温度分布の状態である。図から明らかなように、赤外線光源としてＣＯ2を用いた場合には、温度分布が赤外線透過性固体５と熱可塑性樹脂部材３との境界で最高となる。この結果熱損傷による表面性状の悪化が生じ易い。
【００１６】
一方赤外線光源としてＣＯを用いた場合には、温度分布が赤外線透過性固体５と熱可塑性樹脂部材３との境界で低くなり両熱可塑性樹脂部材３の境界１３（溶着面）で最高となる。つまり浸透した赤外線エネルギーにより内部に高温となった領域を発現できる。
【００１７】
その結果熱可塑性樹脂部材３の赤外線照射側表層での顕著な収縮、破れ、焼爛および熱分解などの熱損傷による表面性状の悪化を極力抑制しながら、短時間の内に加熱・冷却された溶着層を得ることができるのである。なお１５で示すのは溶着面の溶融温度である。
【００１８】
ところで赤外線照射側の熱可塑性樹脂部材３が図３に示すように厚い場合には、熱可塑性樹脂部材３の内部温度分布は赤外線透過性固体５と熱可塑性樹脂部材３との境界近くに留まる。したがって溶着面１３を必要な温度にまで高めようとすると、赤外線照射側の熱可塑性樹脂部材３の表層温度が溶着面の温度を上回るようになり、熱損傷による表面性状の悪化が生じてしまう。
【００１９】
そこで照射する赤外線ビームの波長が熱可塑性樹脂部材３において溶着に必要な吸収性を保ちつつかつ適度な透過性を有するように、ＣＯレーザーの波長が5μｍ帯になるように調節する。この結果熱可塑性樹脂部材中における温度分布は図中実線２１で示すようになり、表層よりさらに内部（溶着面１３付近）で高温となる領域を実現でき、肉厚の熱可塑性樹脂部材表層の溶着が可能となる。
【００２０】
図４に示すのは四フッ化エチレン・パーフロロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂（ＰＦＡ）の平行光透過スペクトルである。図示のように透過性はＣＯ2レーザーの波長である１０．６μｍにおいては非常に低い。したがって肉厚の熱可塑性樹脂部材を重合させた場合には熱可塑性樹脂部材深部への赤外線エネルギーの浸透量が少なく溶着面の温度が上がり難い。しかし5μｍ帯における浸透性は１０．6μｍにおける場合に比べて顕著であり、かつ適度な吸収性も示している。ＣＯレーザーはこの５μｍ帯に発信波長を有するので、熱可塑性樹脂部材深部への赤外線透過量を確保する性質を発現できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明は熱可塑性樹脂部材の溶着において広く利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の溶着方法を実施するシステムの基本的構成を示す模型側面図である。
【図２】この発明による溶着時の熱可塑性樹脂部材内部の温度分布を示す模型側面図である。
【図３】この発明において波長調節により肉厚熱可塑性樹脂部材を溶着した場合の温度分布を示す模型側面図である。
【図４】ＰＦＡの平行光透過スペクトルである。
【符号の説明】
【００２３】
１    支持体
３    熱可塑性樹脂部材
５    赤外線透過性固体
９    赤外線光源
１１    赤外線ビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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