JP2004261962A

JP2004261962A - 高周波誘電加熱用金型、およびこれを用いた高周波融着加工製品の製造方法

Info

Publication number: JP2004261962A
Application number: JP2000358173A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fujiwara; 健一藤原
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】自己発熱性レベルの低い素材からなる被加熱物を、高周波誘電加熱法により効率よく加熱することのできる高周波誘電加熱用金型を提供すること。
【解決手段】高周波誘電加熱により被加熱物を加熱するための高周波誘電加熱用金型３０の表面の少なくとも一部に、誘電損失係数が０．０１以上の無機材料の皮膜３２を形成した高周波誘電加熱用金型３０。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘電加熱用金型およびこれを用いた高周波融着加工製品の製造方法に関し、例えば、熱可塑性樹脂フィルムの融着を行う高周波誘電加熱融着方法に利用することができる。
【０００２】
【背景技術】
従来、包装材や文房具、玩具、日用雑貨などの分野においては、各種合成樹脂製のフィルムやシートを素材として、これらに裁断や融着などの二次加工を施して製造された合成樹脂加工製品が用いられている。
このような合成樹脂成形素材の二次加工における融着加工方法には、様々な方法が採用されている。
【０００３】
最も簡便な方法として、熱板等によるヒートシール法があるが、この方法では、冷却固化工程を別途設ける必要があるため、融着に時間がかかることから生産性が低い。また、融着部全域にわたって、均一に加熱することが困難なことから、融着部の外観に難がある。
また、超音波振動を被融着体に付与して、フィルムやシートの融着を行う融着加工方法もあるが、加工時に独特の騒音が生じるという問題がある。
【０００４】
さらに、高周波誘電加熱による方法がある。この方法は成形金型の構造が簡単であり、高周波の発振を停止すると陽極（例えば、成形金型）および陰極（例えば、アルミ定盤）ともに融着部の冷却固化に寄与するため、生産性が高いという利点がある。また、融着と溶断とが同時に行え、しかも融着加工製品の意匠性に優れるという利点もある。
しかしながら、高周波誘電による加熱を行うためには、比較的大きな誘電損失係数が必要となるため、誘電損失係数が小さいポリオレフィン系樹脂等からなる素材では、高周波誘電加熱による融着加工が困難であり、専らポリ塩化ビニル等の誘電損失係数の大きな樹脂からなる素材の融着加工に採用されてきた。
【０００５】
ところで、近年における環境汚染の問題から、ポリ塩化ビニル系樹脂素材の使用が差し控えられるようになり、これまでポリ塩化ビニル系樹脂素材の加工製品が使用されてきた分野においても、ポリオレフィン系樹脂への置き換えが検討されるようになってきた。このような状況から、ポリオレフィン系樹脂素材の融着加工を、上述のような利点の多い高周波誘電加熱法により行う試みがなされている。
【０００６】
例えば、特開昭５５−６１４３５号公報では、高周波誘電加熱を行う際の融着面に鉄等の金属導電素子を散在させておき、高周波電圧の印加による金属導電素子の発熱をポリオレフィン系樹脂素材に伝達して融着させる方法が提案されている。しかし、この場合には、ポリオレフィン系樹脂素材に鉄粉などの金属導電素子が接触することから、融着加工製品の色相や外観が損なわれるという問題がある。
【０００７】
また、特開昭５１−１１９７７１号公報では、ポリオレフィン系樹脂素材に極性を有する樹脂シートを接触させて高周波誘電加熱を行う方法が提案されている。
さらに、特開平１−１６０６３３号公報では、ポリオレフィン系樹脂素材に、クロロスルホン化ポリエチレンや塩素化ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体のいずれかからなるシートを接触させて高周波誘電加熱を行う方法が提案されている。このほか、特公平７−５７７１号公報では、被融着体として用いるポリエチレンの重合体側鎖にカルボニル基を導入した共重合体のシートを用いる方法が提案されており、特開平８−５２８０２号公報では、高周波誘電加熱を行う際に、予め成形用の金型および基台を被融着体の融点よりいくらか低い温度まで加熱してから高周波誘電加熱を行う方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各公報に開示される方法では、ポリオレフィン系樹脂素材の高周波誘電加熱による融着を可能にしてはいるものの、得られる融着加工製品の融着部の機械的強度、特に融着強度が十分に得られないという問題がある。
また、必要とする融着強度が得られたとしても、加工時間がかかりすぎるので、製品の生産性が低いという問題がある。
【０００９】
さらに、このような高周波誘電加熱による融着加工においては、電圧印加時にスパークが発生することがあるため、スパークが発生しにくく安定生産の可能な融着加工方法の開発が要望されている。
このため、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ナイロン等のポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート等の自己発熱性レベルの低い素材を、高周波誘電加熱により効率的に加熱できる方法が要望されている。
【００１０】
本発明の目的は、自己発熱性レベルの低い素材からなる被加熱物を、高周波誘電加熱法により効率よく加熱することのできる高周波誘電加熱用金型、およびこれを用いた高周波融着加工製品の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波誘電加熱用金型は、高周波誘電加熱により被加熱物を加熱するための高周波誘電加熱用金型であって、誘電損失係数が０．０１以上の無機材料の皮膜を、金型表面の少なくとも一部に形成したことを特徴とする。
【００１２】
ここで、誘電損失係数は、自己発熱性のし易さを表す物質固有の特性値である。具体的には、高周波誘電加熱における発熱量をＰ、周波数ｆ、電極間電圧をＥ、無機物の誘電率をε、誘電正接をｔａｎδとすると発熱量Ｐは、以下の式により求められ、下式における誘電率εと誘電正接ｔａｎδとの積（ε・ｔａｎδ）を誘電損失係数という。
Ｐ＝Ｋ・ｆ・Ｅ^２・ε・ｔａｎδ（Ｋは定数）
【００１３】
本発明において、誘電損失係数が０．０１未満であると、無機材料の自己発熱性が不十分であり好ましくない。すなわち、０．０１以上とすることで、必要とする無機材料の自己発熱性が満たされ、高周波融着加工を効率よく行うことができる。また、前述の式より、誘電損失係数が大きくなれば、周波数が小さくても十分な発熱量が得られることとなるから、融着加工の際の同調を容易に行うことができる。より好ましい誘電損失係数は、０．１以上である。
【００１４】
本発明の高周波誘電加熱用金型の皮膜を構成する無機材料は、皮膜にした場合反り、ねじれ等の変形のない、平坦性の高いものが好ましく、さらに、その表面平滑性は、Ｒａ＜２０μｍ、Ｒｍａｘ＜１００μｍであるのが好ましい。
また、体積固有抵抗値は、特に限定はないが、電圧印加時にスパーク等の不具合発生を防ぐことを考慮すると、１０^６Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、その値は、高ければ高いほどよい。
【００１５】
さらに、その熱伝導率は、特に限定はないが、４．１９×１０^−１〜４１９Ｗ／ｍ／Ｋ（１×１０^−３〜１．０ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃をＳＩ単位に換算した値）であるのが好ましい。
すなわち、熱伝導率が４．１９×１０^−１Ｗ／ｍ／Ｋ未満であると、熱融着加工後に、皮膜および金型が冷めにくくなり、続けて加工する際に生産性が悪くなる可能性がある。一方、４１９Ｗ／ｍ／Ｋを超えると、熱融着加工時に高周波誘電により無機材料が自己発熱しても、熱が電極側に逃げてしまうので、被加熱物の加熱が十分に行われず、融着強度が低下したり、加工の長時間化を招く可能性がある。
【００１６】
そして、無機材料の耐久性としては、１〜１０秒で常温から２５０℃までの温度変化に耐え、２〜３ｍｍ幅で局所的に９８０ｋＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ^２をＳＩ単位に換算した値）程度の圧力に耐えるものであることが理想的であるが、必ずしもこれらを満たす必要はない。
なお、無機材料の形状には、特に制限はないが、粉末状であることが好ましい。粉末としては、平均粒径（Ｄ５０％）が、１．０〜５０μｍであることが好ましい。
【００１７】
また、高周波誘電加熱用金型の材質としては、特に限定はないが、真鍮、アルミニウム、鉄等を採用することができる。
金型形状としては、任意のものを採用でき、平坦な融着部のみからなる融着刃を有するものや、融着と同時に溶断する場合には、融着部の外側端部に溶断部を有する融着刃等を採用できる。この際、溶断部は、融着部と別体のものをビス止めした、いわゆる巻刃タイプのものや、無垢の金属塊からＮＣ加工等で彫刻された一体タイプのどちらを採用してもよい。
【００１８】
さらに、金型に無機材料の皮膜を形成する手法としては、特に限定はないが、プラズマ溶射法等の溶射法、無機材料を含む溶液へ金型をディッピングさせた後に乾燥固化する方法、無機材料を含む溶液を金型に塗装した後に乾燥固化する方法等を採用することができる。
ここで、プラズマ溶射法としては、大気圧下で行うＡＰＳ（ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｌａｓｍａＳｐｒａｙｉｎｇ）、減圧下で行うＶＰＳ（ＶａｃｕｕｍＰｌａｓｍａＳｐｒａｙｉｎｇ）を用いることができるが、緻密で高強度の層を形成するにはＶＰＳを採用するのが好ましい。
【００１９】
皮膜は、金型表面の少なくとも一部に形成されていればよく、例えば、融着部と溶断部との被加熱体と接触する先端部分周辺だけでも構わない。このように、皮膜を形成する面積を必要最小限に抑えることで、被加熱体への伝熱以外のロスを最小にできるため、エネルギ効率の点で有効である。また、一部にのみ皮膜を形成することで、皮膜形成作業も容易に行え、かつ、コストの低減につながる。
ただし、金型表面全体に皮膜を形成しても構わない。
【００２０】
本発明における、金型の皮膜を構成する誘電損失係数が０．０１以上の無機材料としては、酸化物系セラミック、複合酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック、チタン含有複合酸化物、鉛含有複合酸化物、およびジルコニウム含有複合酸化物のいずれかから選択されたもの、またはこれらのうち少なくとも２種以上の混合物を採用することが好ましい。
【００２１】
ここで、酸化物系セラミックとしては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタニア（ＴｉＯ_２）、フェライト（Ｆｅ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等を採用できる。この中でも、アルミナ・チタニア系粉末が、原料価格が安価であり、かつ、誘電損失係数も高くて好ましい。アルミナ・チタニア系粉末は、アルミナとチタニアの粉末混合物から電融粉砕、電融合成、または焼成されたものが使用でき、それらの混合比は、任意に設定できるが、重量比でアルミナ／チタニア＝６０／４０のものが好ましい。
【００２２】
複合酸化物系セラミックとしては、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、ステアタイト（３ＭｇＯ・４ＳｉＯ_２・Ｈ_２Ｏ）等を採用できる。
窒化物系セラミックとしては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を採用でき、炭化物系セラミックとしては、炭化ケイ素等を採用できる。
【００２３】
チタン含有複合酸化物としては、各種チタン酸（アルカリ）金属塩、例えば、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、チタン酸アルミニウム等を採用できる。
鉛含有複合酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコニウム鉛、ジルコニウム酸鉛等を採用できる。
ジルコニウム含有複合酸化物としては、各種ジルコニウム酸（アルカリ）金属塩、例えば、ジルコニウム酸カルシウム、ジルコニウム酸ストロンチウム、ジルコニウム酸バリウム等を採用できる。
なお、無機材料は純品である必要はなく、誘電損失係数の異なる混合物でも構わないが、少なくともその１成分は、０．０１以上の誘電損失係数を有する必要がある。
【００２４】
以上に示した無機材料の中でも、チタン酸アルミニウムを含むものを採用することが好ましい。
ここで、チタン酸アルミニウムとしては、各種の酸化度のものを採用できるが、ＴｉＡｌ_２Ｏｘで表したときに、ｘ＝５〜８であるものを採用することが好ましい。特に、ｘ＝５の場合、すなわち、ＴｉＡｌ_２Ｏ_５を主相として含むものであることが一層好ましい。
【００２５】
また、チタン酸アルミニウムは、上述のアルミナおよびチタニアを原料とした電融合成、焼成等により得ることができる。
この際、得られたチタン酸アルミニウムは、原料として用いたアルミナ、チタニアとの混合物として用いてもよく、単離して純粋なチタン酸アルミニウムとして用いてもよい。混合物として用いる場合のチタン酸アルミニウムの含有量は、被加熱物の材質等に応じて適宜設定することができるが、ＴｉＡｌ_２Ｏｘ（ｘ＝５〜８）が、５ｗｔ％以上含まれていることが好ましい。
このように高絶縁性のチタン酸アルミニウムを使用することで、高周波誘電による被加熱物の加熱が一層効率的に行える。
【００２６】
本発明によれば、誘電損失係数が０．０１以上の無機材料の皮膜が形成された高周波誘電加熱用金型である。したがって、皮膜に高周波電磁波を印加すると、皮膜を構成する無機材料が容易に自己発熱し、これと接触している金型が加熱される。この金型を用いることで、誘電損失係数が小さく、自己発熱性レベルの低いポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート等の素材からなる被加熱物を効率よく加熱することができる。
【００２７】
また、無機材料からなる皮膜であるから、繰り返し使用に伴う劣化が少なく、耐久性および耐熱性に優れ、高周波誘電加熱による融着加工を行う場合に好適である。
さらに、本発明の無機材料をセラミック等の絶縁性の高い材料で構成すれば、電圧印加時にスパークが発生しにくいので、融着加工を安定して行うことができる。
【００２８】
本発明に係る融着加工製品の製造方法は、上述の高周波誘電加熱用金型を自己発熱させることで、高周波融着加工を行い、融着加工製品を製造することを特徴とする。
ここで、「金型を自己発熱させる」とは、金型に形成された無機材料からなる皮膜に電圧をかけて発熱させることを意味する。
【００２９】
高周波融着加工機は、任意であり、例えば、周波数が１〜３００ＭＨｚのものを採用できる。一般的には、１８ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚの周波数のものがよく用いられる。また、同調機付整合回路を備えた機械を用いてもよい。
なお、高周波融着加工に際して、加熱器または冷却器を用いて、電極である金型を加熱または冷却してもよい。
【００３０】
本発明によれば、上述の金型を用いて高周波融着加工を行う融着加工製品の製造方法であるから、誘電損失係数が小さく、自己発熱性レベルの低いポリオレフィン系樹脂からなるフィルム、シート等を効率的に融着加工することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の高周波誘電加熱用金型を用いた高周波誘電加熱融着加工装置が示されている。
この装置は、上定盤１０、無機材料の皮膜が形成された金型３０、下定盤４０を備えている。金型３０が上部電極と、下定盤４０が下部電極とされ、これらの間に被加熱物であるポリオレフィン系樹脂からなる２枚のシート素材７１、７２を配置して融着を行う。
なお、必要に応じて、シート素材７１、７２の上下面に耐熱樹脂製フィルム８１を配置して融着加工を行う。
【００３２】
上定盤１０は、金型３０を支持固定する部分であり、融着加工装置本体の駆動機構により、下定盤４０に対して接近、離間するようになっている。金型３０は、外周端部に融着刃３１を備え、上定盤１０の下降とともに、この融着刃３１の部分でシート素材７１、７２を押圧して２枚のシート素材７１、７２の熱融着を行う。
【００３３】
融着刃３１は、図２に示されるように、下定盤４０と略水平に形成された融着部３１Ａと、この融着部３１Ａの外側、すなわち金型３０の外周縁に沿って立ち上げて形成された断面略３角形状の溶断部３１Ｂとを備えている。
また、融着刃３１の表面には、誘電損失係数０．０１以上の無機材料からなる被膜３２が形成されている。なお、皮膜３２は、プラズマ溶射法により形成したものである。
【００３４】
ここで、皮膜３２は、電気絶縁性の高いチタン酸アルミニウムを含む無機材料から構成されている。
また、皮膜３２の熱伝導率は、４．１９×１０^−１〜４１９Ｗ／ｍ／Ｋであることが好ましく、さらに、その体積抵抗率は１０^６Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
さらに、皮膜３２の表面平滑性は、Ｒａ＜２０μｍ、Ｒｍａｘ＜１００μｍとされている。また、約１〜１０秒で常温から２５０℃までの温度変化に耐え、２〜３ｍｍ幅で局所的に９８０ｋＰａ程度の圧力が作用しても、破損等が生じないものである。
【００３５】
なお、融着刃３１は、下部電極である下定盤４０と最も接近することになるので、融着刃３１および下定盤４０の間隔の誤差は、±１００μｍ以内に調整する必要がある。この調整は、上定盤１０および下定盤４０の相互の傾きを調製するとともに、金型３０の上定盤１０との接合面を研磨するなどして行う。
この間隔の誤差が、１００μｍを超えると、高周波誘電融着加工を行う際に、シート素材７１、７２の厚みの分布が増大し、印加電圧が局所的にシートの絶縁破壊電圧を上回り、スパークの発生を招く危険性が高くなる。
【００３６】
なお、この金型３０の融着刃３１における先端部分の温度分布が、融着刃３１の一部において±３℃を超える箇所が存在すると、その後の圧着時に、シート厚みの減少が不均一になり、印加電圧の過大部が生じ、シートの絶縁破壊電圧を超えてスパーク現象が発生しやすくなる。
また、融着加工製品の生産時に、融着刃３１の先端部の温度が大きく変化すると、印加電圧の過大部が生じやすくなり、スパーク現象の発生を招くことがある。
【００３７】
必要に応じて用いられる耐熱樹脂製フィルム８１としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド樹脂等からなるフィルムが好適であり、その厚みが１０〜１００μｍのものを使用すればよい。
なお、このような耐熱樹脂製フィルム８１を使用することにより、２枚のシート素材７１、７２の融着に際して、その平滑な表面がシート素材７１、７２の融着加工部表面に転写され、融着加工部の光沢を向上させることができる。
【００３８】
このような、高周波誘電加熱融着加工装置によって、種々のポリオレフィン系樹脂素材の融着加工が可能となるが、加工可能な素材としては、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、およびこれらを主成分とするポリオレフィン系樹脂等が挙げられる。また、その他誘電損失係数が小さく、自己発熱性の少ない、または全くない樹脂からなるフィルム、シート、不織布、織布（単層、多層を問わない）の加工に適している。
【００３９】
次に、上述した高周波誘電加熱融着加工装置によるシート素材７１、７２の融着加工手順について説明する。
［１］シート素材７１、７２を重ね合わせ、さらに、２枚のシート素材７１、７２を耐熱樹脂製フィルム８１で多い下定盤４０上に設置する。
［２］この状態で、上定盤１０を下降させ、金型３０の融着刃３１でシート素材７１、７２を押圧した状態で、高周波電界を印加し、皮膜３２を自己発熱させ、これにより金型３０を加熱する。この際の周波数は、１〜３００ＭＨｚの範囲に設定できるが、通常は、１８ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚのものがよく用いられる。
【００４０】
［３］シート素材７１、７２への高周波電界の印加の開始時には、無負荷状態の電流値に設定し、次いで、シート素材７１、７２の絶縁破壊９５％未満の印加電圧に設定して高周波誘電加熱を行う。印加開始時に無負荷状態の電流値とするのは、スパークに伴うシート素材７１、７２の絶縁破壊を回避するためである。
［４］また、印加電流は、シート素材７１、７２の種類、厚み、融着面積等により異なるが、通常、０．１〜０．８Ａ、好ましくは、０．２〜０．５Ａの範囲に設定する。
【００４１】
［５］高周波電界の印加時間もシート素材７１、７２の種類、厚み、融着面積等により異なるが、通常、０．５〜１０秒間、好ましくは１〜６秒間、さらに好ましくは１〜４秒間である。また、高周波誘電加熱のための通電時間は、０．５〜１０秒間、好ましくは１〜５秒間、さらに好ましくは１〜３秒間である。
［６］高周波電界印加中および印加後の冷却時間には、金型３０および下定盤４０の間に圧力を加え、両電極間でのスパークの防止および被加熱物の融着加工部の変形を防止する。
この際の加圧力は、シート素材７１、７２の種類、厚み等によって異なるが、通常、４９．０〜４９０ｋＰａ（０．５〜５ｋｇ／ｃｍ^２をＳＩ単位に換算した値）に設定する。
【００４２】
以上のような、高周波誘電加熱融着加工装置により融着加工されたシート素材７１、７２は、融着加工部が高い機械的強度と透明性を有することから、種々の用途に広く用いることが可能であり、例えば、カードケース、ブックケース、ファイル、ネームホルダー等の文房具、玩具、目薬等の包装容器、雨具や袋物等の日用雑貨、各種包装資材として好適に利用できる。
【００４３】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）誘電損失係数が０．０１以上の無機材料の皮膜３２が形成された高周波誘電加熱用金型３０である。したがって、当該皮膜３２に高周波電磁波を印可すると、皮膜３２を構成している無機材料が容易に自己発熱し、これと接触している金型３０が加熱される。この金型３０を用いることで、誘電損失係数が小さく、自己発熱性レベルの低いポリオレフィン系樹脂からなるシート素材７１、７２を効率よく加熱することができる。
【００４４】
（２）無機材料からなる皮膜３２であるから、繰り返し使用に伴う劣化が少なく、耐久性および耐熱性に優れている。
（３）皮膜３２が、電気絶縁性高いチタン酸アルミニウムを含む無機材料から構成されているから、電極間のスパーク等の発生を防止でき、シート素材７１、７２の融着加工を安定して行うことができる。
【００４５】
（４）皮膜３２の熱伝導率が、４．１９×１０^−１〜４１９Ｗ／ｍ／Ｋとされているから、熱融着後の下敷５０の速やかな冷却により、次加工時のシート素材７１、７２の過熱を防止することができ、しかも、熱逃げに伴うシート素材７１、７２の加熱不良による融着強度低下を招くこともない。
（５）皮膜３２の体積抵抗率が１０^６Ω・ｃｍ以上とされているから、シート素材７１、７２を一層効率的に融着加工することができる。
【００４６】
（６）皮膜３２が、金型３０の融着刃３１の部分にのみ形成されているから、シート素材７１、７２への伝熱以外のロスをより少なくできるため、エネルギ効率の点で有効である。また、このように金型３０の一部にだけ皮膜３２を形成することで、皮膜形成作業も容易に行え、かつ、コストの低減につながる。
【００４７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。例えば、前記実施形態では、皮膜の形成法にプラズマ溶射法を用いていたが、これに限られない。すなわち、無機材料からなる皮膜３２を金型３０の表面に形成できる任意の製造方法を使用することができ、例えば、その他の溶射法、無機材料を含む溶液へ金型をディッピングさせた後に乾燥固化する方法、無機材料を含む溶液を金型に塗装した後に乾燥固化する方法等を採用することができる。
【００４８】
前記実施形態では、金型３０の融着刃３１の部分にのみ皮膜３２を形成していたが、これに限られず、金型全面に形成してもよい。
また、金型３０として、溶断部３１Ｂを有するものを用いていたが、これに限られず、融着部のみを有する金型を用いてもよい。さらに、溶断部３１Ｂとしては、融着部３１Ａと一体構造のものを採用していたが、これに限られず、別体の融着部と溶断部とを、ビス等により固定したものを用いることもできる。
そして、金型３０には加熱器または冷却器は設けられていなかったが、これに限られず、加熱器または冷却器を設けて、金型自体を直接加熱または冷却する装置を採用することもできる。
【００４９】
前記実施形態では、被加熱物であるシート素材７１、７２としてポリオレフィン系樹脂からなるシートを用いていたが、これに限られず、ポリエステル系樹脂、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート等を用いることもできる。
その他、本発明を実施する際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲内で他の構造等としてもよい。
【００５０】
【実施例】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
前記実施形態における高周波融着加工装置において、溶射材の種類を変更することにより、種々の金型３０を製造し、高周波ウェルダ試験によってシート素材７１、７２を融着加工して、図３に示される天チャック付袋２を製造した。
なお、天チャック付袋２は、開口部２１に天チャック２１Ａを有するとともに、他の３方が封止部２２とされているものである。天チャック付袋２の具体的な寸法は、１５０（両サイド）×８０（底部）ｍｍである。
【００５１】
溶射材としては、粉末状のアルミナおよびチタニアを、重量比（ｗｔ％）でアルミナ／チタニア＝６０／４０の配合で混合したもの（溶射材１）、粉末状のチタン酸バリウム（溶射材２）、溶射材１をさらに電融合成した後、平均粒径２０μｍに微粉砕して得たチタン酸アルミニウム（ＴｉＡｌ_２Ｏ_５９０ｗｔ％含有）（溶射材３）を採用した。
【００５２】
金型の基材として真鍮を用い、前述の溶射材１〜３をそれぞれＶＳＰ法にてプラズマ溶射を行い皮膜を形成した。
金型としては、以下の金型を用いた。
（Ａ）天チャック付袋２の封止部２２に対応した大きさの略Ｕ字状の融着部３１Ａおよび溶断部３１Ｂ（巻刃タイプ）を有し、融着部３１Ａの幅寸法２ｍｍの金型３０。
（Ｂ）１８０（長さ）×２（幅）（ｍｍ）のローレット刃付金型（天チャック２１Ａ取り付け用）。
【００５３】
【表１】

【００５４】
なお、表１中誘電損失係数は、横河ヒューレットパッカード社製の試験機器（本体：ＨＰ４２８４Ａ周波数１ＭＨｚ、電極：ＨＰ１６４５１Ｂ印加電圧範囲・４２Ｖ）を用い、ＪＩＳＫ６９１１に準拠して誘電率および誘電正接を測定し、これらの積により求めた。
【００５５】
上述した高周波誘電加熱融着加工装置を用い、高周波ウェルダ試験を行って、融着加工性を評価し、その結果を表２に示した。
なお、高周波ウェルダ試験は、高周波ウェルダ装置として、クインライト電子精工（株）製ＬＷ４０６０−ＡＰＨ（高周波出力：３．６ｋＷ、発信周波数：４１．１ＭＨｚ）を使用し、前記金型Ａ、Ｂを用い、上記天チャック付袋２を製造することで行った。この際、陽極電流値は０．２〜０．５Ａの範囲に設定した。
【００５６】
また、高周波ウェルダ試験におけるシート素材７１、７２としては、エチレン−ポリプロピレン共重合体（メルトインデックス７、融点１３７℃ 出光石油化学（株）製）をＴダイ押出機にて幅４００ｍｍ、厚み０．３ｍｍのシートを作製し、これを２００ｍｍ×３００ｍｍにカットしたものを使用した。
さらに、天チャック２１Ａとしては、ポリプロピレンからなるものを用いた。
【００５７】
【表２】

【００５８】
ここで、実施例１〜３では、封止部２２について１５ｍｍ幅に切り取り、両シートを引き裂くことで、融着強度を測定したものである。
一方、実施例４〜６では、天チャック２１Ａのシール部について、同じく１５ｍｍ幅に切り取り、シートと天チャックとを引き裂くことで、融着強度を測定したものである。
【００５９】
実施例１〜３によれば、封止部２２におけるシート素材７１、７２の融着強度が３２．３Ｎ／１５ｍｍ（３．３ｋｇｆ／１５ｍｍをＳＩ単位に換算した値）以上であるので、良好な融着加工を行えることがわかる。
一方、実施例４〜６によれば、天チャック２１Ａにおける融着強度が、４１．２Ｎ／１５ｍｍ（４．２ｋｇｆ／１５ｍｍをＳＩ単位に換算した値）以上であるので、良好な融着加工を行えることがわかる。
【００６０】
また、いずれの場合も５０００ショット以上の使用に耐えることができるので、極めて耐久性の高いものとすることができることがわかる。
さらに、金型温度が１００℃以下でも十分に融着加工を行うことができ、しかも、１ショットの時間を４秒以内とすることができるので、高周波誘電加熱融着加工を効率的に行えることがわかる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電損失係数が０．０１以上の無機材料の皮膜が形成された高周波誘電加熱用金型である。したがって、当該皮膜に高周波電磁波を印可すると、皮膜を構成している無機材料が容易に自己発熱し、これと接触している金型が加熱される。この金型を用いることで、誘電損失係数が小さく、自己発熱性レベルの低いポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド、ポリスチレン、ポリカーボネート等の素材からなる被加熱物を効率よく加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る高周波誘電加熱用金型を用いた高周波誘電加熱融着加工装置の構造を示す部分側面図である。
【図２】図１の実施形態における融着刃を示す部分拡大断面図である。
【図３】本発明に係る高周波誘電加熱用金型を用いて製造した天チャック付袋を示す正面図である。
【符号の説明】
３０金型（上部電極）
３１融着刃
３１Ａ融着部
３１Ｂ溶断部
３２皮膜
４０下定盤（下部電極）
７１、７２シート素材（被加熱物）

Claims

高周波誘電加熱により被加熱物を加熱するための高周波誘電加熱用金型であって、
誘電損失係数が０．０１以上の無機材料の皮膜を、金型表面の少なくとも一部に形成したことを特徴とする高周波誘電加熱用金型。
請求項１に記載の高周波誘電加熱用金型において、
前記無機材料は、酸化物系セラミック、複合酸化物系セラミック、窒化物系セラミック、炭化物系セラミック、チタン含有複合酸化物、および鉛含有複合酸化物のいずれか、またはこれらのうち少なくとも２種以上を混合した混合物を含むことを特徴とする高周波誘電加熱用金型。
請求項１に記載の高周波誘電加熱用金型において、
前記無機材料は、チタン酸アルミニウムを含むことを特徴とする高周波誘電加熱用金型。
請求項３に記載の高周波誘電加熱用金型において、
前記チタン酸アルミニウムは、ＴｉＡｌ_２Ｏｘで表したときに、ｘ＝５〜８であることを特徴とする高周波誘電加熱用金型。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の高周波誘電加熱用金型を自己発熱させることで、被加熱物に高周波融着加工を行い、高周波融着加工製品を製造することを特徴とする高周波融着加工製品の製造方法。