JP2004009318A - フッ素樹脂接合体およびフッ素樹脂体の熱融着方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＦＡ製の肉厚の薄い２つのフッ素樹脂体を簡易に、しかも確実に熱融着して密閉することのできるフッ素樹脂体の熱融着方法を提供する。
【解決手段】ＰＦＡからなる２つのフッ素樹脂体を互いに接合するに好適なものであって、２つのフッ素樹脂体間の接合部位を段差を形成して突き合わせた後、上記段差の形成部位表面に熱風を吹き付けて該段差の形成部位を溶融させ（第１の工程）、次いでフッ素樹脂体の融点以上に加熱した金型を一方のフッ素樹脂体の段差形成部位に押し付けて該フッ素樹脂体の溶融部を他方のフッ素樹脂体の溶融部表面に移動させて密着させ、これらのフッ素樹脂体の溶融部間を加圧する（第２の工程）。その後、金型をフッ素樹脂体の融点以下まで冷却した後、前記フッ素樹脂体から金型を離反させる（第３の工程）。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ；ｐｅｒｆｌｕｏｒｏ−ａｌｋｏｘｙｆｌｕｏｒｏ　ｐｌａｓｔｉｃｓ）からなる２つのフッ素樹脂体を互いに接合するに好適なフッ素樹脂体の熱融着方法に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）は、耐薬品性・耐熱性・断熱性に優れた性質を有する反面、その接合が極めて困難であり、且つ熱膨張率が大きいと言う性質がある。そこでＰＦＡ部品を接合する為に、従来では専ら、プライマー処理（ナトリウム処理）による接着を用いたり、溶接によりＰＦＡ部品を熱融着したりする等の手法が採用されている。しかしこのような手法を微小なＰＦＡ部品の接合に適用することは困難である。ましてその接合部のシール性を確保することは非常に困難である。
【０００３】
そこで非接触加熱による融着法として、例えば特開平１１−１３２７９９号公報には、容器とその蓋体とからなる２つのＰＦＡ部品の各接合面をそれぞれ熱風を用いて加熱溶融した後、これらの溶融面を互いに突き合わせて加圧することで上記接合面間を熱融着する技術が開示される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＰＦＡ部品（例えば容器とその蓋体）の接合面をそれぞれ十分に加熱溶融する為には、例えばその接合面間に隙間を設けておき、その接合面の奥部まで熱風が行き渡るように風量を確保することが必要である。ところが風量を増大させると、その風力によって蓋体の位置がずれてしまうと言う不具合が生じる。この際、その接合部の肉厚が十分な厚み、即ち、機械的強さを有していない場合には、高い断熱性による温度分布の不均一さによってその表裏面の熱膨張に差が生じ、上記接合部に反りが生じ易い。すると接合部の変形によって、その接合面（溶融部）を互いに密着させることが困難となると言う不具合が生じる。特に蓋体の厚みが１ｍｍ程度と薄い場合には大きな反りが発生し易く、蓋体の反り（変形）によってその接合面間を均一に加圧すること自体が困難となる。この結果、容器と蓋体との密閉性を十分に確保して接合することができなくなる等の問題も生じ易い。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＰＦＡ等のフッ素樹脂製の肉厚の薄い２つのフッ素樹脂体、例えばセンサ用の容器とその蓋体とを簡易に、しかも確実に熱融着して密閉した構造のフッ素樹脂接合体およびフッ素樹脂体の熱融着方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係るフッ素樹脂接合体は、加熱および外力による変形を受けて第１のフッ素樹脂体の一部が第２のフッ素樹脂体の一部に融着した融着部を有した構造を有したもの、例えばその突き合わせ部位を融着して密閉空間を形成する容器とその蓋体とからなる。
【０００７】
また上述した目的を達成するべく本発明に係るフッ素樹脂体の熱融着方法は、例えばパーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）からなる２つのフッ素樹脂体を互いに接合するに好適なものであって、
前記２つのフッ素樹脂体間の接合部位を段差を形成して突き合わせた後、上記段差の形成部位表面に熱風を吹き付けて該段差の形成部位を溶融させ（第１の工程）、次いで前記フッ素樹脂体の融点以上に加熱した金型を一方のフッ素樹脂体の段差形成部位に押し付けて該フッ素樹脂体の溶融部を他方のフッ素樹脂体の溶融部表面に移動させながらこれらのフッ素樹脂体の溶融部間を加圧し（第２の工程）、その後、前記金型を前記フッ素樹脂体の融点以下まで冷却した後、前記フッ素樹脂体から金型を離反させる（第３の工程）ことで、前記２つのフッ素樹脂体を熱融着することを特徴としている。
【０００８】
即ち、本発明は、２つのフッ素樹脂体の接合部位を段差を形成して突き合わせた状態で、その段差の形成部位表面に熱風を吹き付けることで該段差の形成部位をそれぞれ溶融させる（第１工程）。しかる後、この状態でフッ素樹脂体の融点以上に加熱した金型を上記段差を形成した一方のフッ素樹脂体の溶融部に押し付けることで該溶融部を変形させながら他方のフッ素樹脂体の溶融部の表面に移動させると共に、これらの溶融部間を加圧する（第２工程）。そしてこの加圧状態を保ちながら前記金型を冷却することで、上記各溶融部を融着一体化する（第３工程）ことを特徴としている。
【０００９】
好ましくは前記前記２つのフッ素樹脂体は、一方のフッ素樹脂体の接合部位が他方のフッ素樹脂体の接合部位よりも突出する段差を形成して互いに突き合わせられる嵌合形状を有したものからなり、前記金型は、前記段差をなして突出している一方のフッ素樹脂体の溶融部を押圧して変形させ、他方のフッ素樹脂体の溶融部上に移動させながらこれらの溶融部間を加圧するものとして構成される。
【００１０】
より具体的には前記２つのフッ素樹脂体は、その突き合わせ部位を融着して密閉空間を形成する容器とその蓋体とからなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るフッ素樹脂体の熱融着方法について説明する。この熱融着方法は、例えば図１に示すように容器１とその蓋体２とからなる２つのＰＦＡ部品を、その内部に電子部品を収納して気密に熱融着して密閉型のセンサを製造する場合に好適なものである。
【００１２】
具体的には前記容器１は、肉厚１ｍｍの周壁部と底部とを備えた深さ１０ｍｍ程度で外径が２４ｍｍの有底円筒体状の射出成形体からなる。また前記蓋体２は、厚みが０．８ｍｍ程度で外径２３ｍｍの円盤体状の射出成形体からなり、前記容器１よりも若干小径に形成されている。またこの蓋体２の内側面には、前記容器１の開口部に嵌合する高さ１ｍｍ程度のインロー突起３が円環状に設けられている。蓋体２は上記インロー突起３を前記容器１の開口部に嵌め込み、蓋体２の下面２ｂと容器１の上面１ｂとを突き合わせることで、該容器１と同軸に位置決めされ、該蓋体２の周縁部と容器１の開口端外周との間に幅０．５ｍｍの段差を形成して装着される。そして容器１と蓋体２とは、後述するようにして熱融着により一体化されて密閉されるものとなっている。
【００１３】
尚、容器１の周壁面には、該周壁面を挿通するケーブル孔４が、その周壁面から突出した一体に形成されており、このケーブル孔４には図示しないＰＦＡ製の中空パイプが嵌め込まれている。この中空パイプは、例えば特開平７−５２２５３号公報に開示された方法により前記容器１に対して気密に熱溶着されて一体化される。そして前記容器１の内部に気密に収納される電子部品（例えば光電センサ）は、上記中空パイプに挿通されたリード線（図示せず）を介して外部機器と電気的に接続される。
【００１４】
さて前記容器１と蓋体２との熱融着は、例えば図２（ａ）に示すように容器１を保持する下側の金型５と、前記容器１と蓋体２との突き合わせ部位に熱風を吹き付けてその接合部を加熱溶融させる加熱ノズル６と、前記金型５と対をなして設けられて前記蓋体２の溶融部を押圧して変形させてその溶融部を容器１の溶融部に移動させ、これらの溶融部間を加圧する上側の金型７とを用いて行われる。
【００１５】
具体的には先ず図２（ａ）に示すように容器１を下側の金型５にセットして保持し、該容器１の開口部に蓋体２を嵌め込むことでその接合部を互いに突き合わせる。すると前述したように蓋体２の外径寸法が前記容器１の外形寸法よりも僅かに小さく設定されているので、図２（ｂ）に示すように蓋体２の周縁部と容器１の開口端との間に幅０．５ｍｍ、高さ０．８ｍｍの段差が形成される。この状態で容器１の外周縁斜め上方から加熱ノズル６を用いて上記段差部の表面に、例えば３８０℃の熱風を吹き付け、上記容器１と蓋体２との接合部を加熱する［第１工程］。
【００１６】
すると上記接合部における段差部の表面近傍が、その構成材料であるＰＦＡの溶融温度（３１０℃）以上に加熱され、図２（ｂ）において領域１ａ，２ａとしてそれぞれ示すように部分的に溶融して溶融部となる。尚、この熱風の吹きつけによる接合部の加熱は、例えば図３に例示するように複数本のノズル６からそれぞれ熱風を吹き付けながら蓋体２を嵌め込んだ容器１を回転させて、その接合部が全周に亘って一様に加熱されるようにして行われる。
【００１７】
しかる後、この状態において予めＰＦＡの融点以上に加熱しておいた上側の金型７を前記蓋体２の外周縁部にその上方から押し付け、図２（ｃ）に示すように蓋体２の溶融部２ａを変形させながら容器１の溶融部１ａの表面に移動させる。同時に上記金型７にてこれらの溶融部１ａ，２ａ間に所定の圧力を印加し、これらの溶融部１ａ，２ａを密着させる［第２の工程］。尚、上記金型７による蓋体２の溶融部２ａの押圧は該溶融部２ａが変形して、少なくとも前記容器１の開口端部の溶融部１ａの全域に拡がる程度に行われる。
【００１８】
この状態を一定時間保持し、前記金型７の温度が前記ＰＦＡの融点（ガラス転移温度）以下となるまで冷却すると、図２（ｃ）に示すように前記溶融部１ａ，２ａが互いに融着して一体化する。そこで前記金型７がＰＦＡの融点（ガラス転移温度）以下まで低下したならば、該金型７を蓋体２から取り外し、また前記下側の金型５から容器１を取り外す［第３工程］。これよって容器１の開口部に蓋体２を気密に一体に熱融着した構造体が製作される。
【００１９】
このようなフッ素樹脂体の熱融着方法によれば、容器１と蓋体２との接合部が段差をなして互いに突き合わせられているので、その段差部の表面全域を一様に溶融させることが容易である。しかも段差部の外側から熱風を吹き付けるだけで容器１と蓋体２の段差をなす外側面だけを効果的に溶融させることができる。特に蓋体２の内側面に設けたインロー突起３が容器１の開口部に隙間なく嵌め込まれているので、その熱風が容器１の内側に入り込むことがない。従って容器１のに内部に半田付けされた電子部品が収容されている場合であっても、該電子部品に悪影響を及ぼすことがない。実際に容器１の内部に設置した回路基板の温度を測定したところ最高でも１７０℃を越えることがなく、回路基板上の電気部品の固定に用いられている半田（融点１８７℃）に不具合が生じることがないことが確認できた。
【００２０】
このような溶融状態において前述したように加熱した金型７を蓋体２の溶融部２ａに押し付けると、該溶融部２ａが金型７に押されて変形し、容器１の開口端における溶融部１ａの上面に移動する。そしてこの状態で上記溶融部１ａ，２ａ間に所定の圧力を加えながら該溶融部１ａ，２ａを冷却すると、これらの溶融部１ａ，２ａは互いに一体となって融着する。特に図４にその切断面における組織構造の写真を示すように、容器１と蓋体２とは完全に融着一体化する。尚、図４に示す断面写真は、図２（ｃ）に示す断面部とは逆側の面を示しており、左右逆向きに対応している。
【００２１】
ちなみに図４においては、容器１と蓋体２とが熱融着した部位は、その境目が無くなり、完全に融着一体化していることが示される。但し、容器１の内壁面と蓋体２のインロー突起３との間の前述した熱風により溶融されなかった部位（図２における１ｂ，２ｂの相当する部位）には境目が生じており、当該部位には熱融着が生じていないことが示される。また蓋体２の溶融部２ａではあるが容器１の内側の部位には若干境目が残されていることが認められる。この境目は、第１工程における加熱の際、熱風が当たらない部位の融着面が溶融しなかった為である考えられる。しかし容器１と蓋体２との間が熱融着して一体化していることが確認できた。しかもその全周に亘って上述した熱融着により完全に一体化されていることが確認できた。
【００２２】
かくして上述した熱融着方法によれば、一方のフッ素樹脂体（蓋体２）の溶融部２ａを金型７を用いて変形させて他方のフッ素樹脂体（容器１）の溶融部１ａ上に移動させ、更にこれらの溶融部１ａ，２ａ間に所定の圧力を加えながら冷却するので上記溶融部１ａ，２ａを確実に熱融着して一体化することができ、ひいては容器１と蓋体２とを気密に接合一体化することができる。特に２つのフッ素樹脂体（容器１とその蓋体２）間の接合部位を、前述したように段差を形成して突き合わせているので、その接合部位（段差部表面）を加熱して溶融することが容易であり、幅広い領域に亘って溶融部１ａ，２ａを形成することができる。換言すれば従来のように２つのフッ素樹脂体の接合面間に隙間を設けて温風を吹き込む等の工夫が不要であり、２つのフッ素樹脂体の段差をなして突き合わせた部位の表面に直接温風を吹き付けて加熱すればよいので、その加熱処理自体が容易である。
【００２３】
しかもその接合部が薄い場合であっても、容器１と蓋体２とが嵌合しており、互いに拘束しあってその変形が抑制されている結果、反り等の変形が生じることが無いので、その熱融着を容易に行い得る。また上述した実施形態によれば、その溶融部１ａ，２ａを金型７にて押さえ込むので、いわゆる溶融部１ａ，２ａのダレを未然に防ぐことができ、溶融部１ａ，２ａの領域が少ない場合であってもこれらの溶融部１ａ，２ａを確実に密着させて熱溶着することができる。従って蓋体２の厚みが薄く、また容器１の肉厚が薄い場合であっても、これらの容器１と蓋体２とを確実に熱融着して気密に接合一体化することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２４】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば図５に示すように容器１の開口部の内側に段部を形成しておき、この段部に蓋体２を嵌め込む構造にも同様に適用可能である。この場合には、蓋体２の周辺部に突出する容器１の周壁上端と蓋体２の上面とがなす段差部に熱風を吹き付けて溶融部１ａ，２ａを形成し、容器１側の溶融部１ａを金型７に押圧して変形させ、蓋体２の溶融部２ａの上面に密着移動させてその熱融着を行うようにすれば良い。この際、金型７の外周部にて容器１の外周面を抑え、その変形を防ぐようにすることも有用である。このような場合でも先の実施形態と同様な効果が奏せられる。
【００２５】
また上述した実施形態では有底の容器１（第１のフッ素樹脂体）と蓋体２（第２のフッ素樹脂体）とによりフッ素樹脂接合体が構成されているが、この実施形態に限らない。例えば円板状の底板（第１のフッ素樹脂体）と円筒体（第２のフッ素樹脂体）とを接合して有底の容器１をフッ素樹脂接合体として形成しても良いことは勿論のことである。
【００２６】
また実施形態では有底円筒状の容器１を密閉する場合を例に説明したが、多角形状の容器１の場合には、例えば図６に示すように容器１の外周に沿ってパイプ８を設け、このパイプ８に設けたノズル孔８ａからそれぞれ熱風を吹き出して容器１の外周部を一括して一様に加熱するようにすれば良い。この場合、ノズル孔８ａの開口径やその開口位置は、容器１の外径形状等に応じて設定すれば良い。また本発明は、ＰＦＡからなるフッ素樹脂体の接合に有用なものであるが、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＦＥ（ポリエチレン）等のポリオレフェン系樹脂や、ＦＥＰ（パーフロロエチレンプロペン重合体）やＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）等の他のフッ素樹脂体の熱融着にも適用することができる。
【００２７】
またフッ素樹脂接合体の用途は、電子機器の容器に限られるものではない。例えば缶詰のように食品や薬品等の保存用密閉容器としても有用である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えばＰＡＦからなる小型で薄型のフッ素樹脂体を容易に、しかも確実に持つ融着することができ、またその作業工程も簡単である。従って各種センサの密閉容器を製造する場合等に多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法により接合一体化される容器とその蓋体の例を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係るフッ素樹脂体の熱融着方法を段階的に示す図。
【図３】本発明に係るフッ素樹脂体の熱融着処理におけるフッ素樹脂体の加熱形態を示す図。
【図４】本発明方法により熱融着された容器と蓋体との断面構造を示す写真。
【図５】本発明の他の実施形態を示す要部概略図。
【図６】本発明に係るフッ素樹脂体の熱融着処理におけるフッ素樹脂体の別の加熱形態を示す図。
【符号の説明】
１　容器（フッ素樹脂体）
２　蓋体（フッ素樹脂体）
３　インロー突起
５　金型（保持手段）
６　ノズル（熱風吹きだし用）
７　金型（押圧手段）

Claims (3)

1. 第１のフッ素樹脂体と第２のフッ素樹脂体とを互いに接合したフッ素樹脂接合体であって、
   加熱および外力による変形を受けて前記第１のフッ素樹脂体の一部が第２のフッ素樹脂体の一部に融着した融着部を有するフッ素樹脂接合体。
2. 前記２つのフッ素樹脂体は、その突き合わせ部位を融着して密閉空間を形成する容器とその蓋体とからなるものである請求項１に記載のフッ素樹脂接合体。
3. ２つのフッ素樹脂体を互いに接合するに際し、
   前記２つのフッ素樹脂体間の接合部位を段差を形成して突き合わせた後、上記段差の形成部位表面に熱風を吹き付けて該段差の形成部位を溶融させる第１の工程と、
   前記フッ素樹脂体の融点以上に加熱した金型を一方のフッ素樹脂体の段差形成部位に押し付けて該フッ素樹脂体の溶融部を他方のフッ素樹脂体の溶融部表面に移動させながら、これらのフッ素樹脂体の溶融部間を加圧する第２の工程と、
   前記金型を前記フッ素樹脂体の融点以下まで冷却した後、前記フッ素樹脂体から金型を離反させる第３の工程と
   を具備したことを特徴とするフッ素樹脂体の熱融着方法。

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