JP2006305893A - 発泡体の接合構造物及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発泡体と基材との間の接合強度を向上することを可能にした発泡体の接合構造物及び接合方法を提供する。
【解決手段】 熱可塑性樹脂製の基材１の上に発泡体２を配置し、該発泡体２の上に熱可塑性樹脂製の係止部材３を配置し、該係止部材３を発泡体２を通して基材１に対して熱融着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポリウレタンフォームに代表される発泡体を熱可塑性樹脂製の基材に接合する技術に関し、さらに詳しくは、発泡体と基材との間の接合強度を向上することを可能にした発泡体の接合構造物及び接合方法に関する。

ポリウレタンフォームに代表される発泡体は、洗浄用具や塗装用具等の様々な家庭用品及び工業用品に使用されている。このような発泡体は、単独で使用される場合もあるが、一般に他の部材に接合された状態で製品を構成している。発泡体を他の部材に接合する手段としては、通常、接着剤が使用されている。しかしながら、発泡体を接着剤で接合した場合、発泡体が接着剤に含まれる成分と反応して分解し、その接合強度が低下することがある。

これに対して、接着剤を使用しないで発泡体を他の部材に接合する方法として、熱可塑性樹脂部材と発泡体とを当接させ、超音波溶着機のホーンで発泡体を熱可塑性樹脂部材に圧接し、溶融した樹脂を発泡体に含浸させて硬化させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法では発泡体への樹脂の含浸が不十分であると、発泡体の接合強度が十分に得られないという問題がある。また、溶融樹脂の供給源として熱可塑性樹脂部材を溶融させる必要があるため、熱可塑性樹脂部材自体の強度を低下させる恐れがある。
特開２００１−２３９５８８号公報

本発明の目的は、発泡体と基材との間の接合強度を向上することを可能にした発泡体の接合構造物及び接合方法を提供することにある。

上記目的を解決するための本発明の発泡体の接合構造物は、熱可塑性樹脂製の基材の上に発泡体を配置し、該発泡体の上に熱可塑性樹脂製の係止部材を配置し、該係止部材を前記発泡体を通して前記基材に対して熱融着したことを特徴とするものである。

また、上記目的を解決するための本発明の発泡体の接合方法は、熱可塑性樹脂製の基材の上に発泡体を配置し、該発泡体の上に熱可塑性樹脂製の係止部材を配置し、該係止部材を前記発泡体を通して前記基材に対して熱融着するようにしたことを特徴とするものである。

本発明では、熱可塑性樹脂製の基材の上に発泡体を配置し、該発泡体の上に熱可塑性樹脂製の係止部材を配置し、該係止部材を発泡体を通して基材に対して熱融着する。そのため、発泡体がポリウレタンフォームのような熱硬化性樹脂から構成される場合であっても、その発泡体を基材に対して強固に固定することができる。このような熱融着による固定は、接着剤による固定とは異なって、分解反応による接着力の低下を生じることはなく、発泡体と基材との間の接合強度を長期間にわたって良好に維持することができる。また、発泡体を基材と係止部材との間に挟み込んでいるので、その接合強度が極めて高いものとなる。しかも、係止部材の溶融樹脂を利用して熱融着を行うので、基材自体の強度低下を回避することができる。

基材の構成材料及び係止部材の構成材料は同種の熱可塑性樹脂であることが好ましく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であると良い。一方、発泡体としては、連続気泡を有するポリウレタンフォームが好適である。

本発明の発泡体の接合構造物において、係止部材は板状であっても良く、或いは、有底の筒状であっても良い。有底の筒状の係止部材は発泡体を傷つけ難いという利点がある。また、発泡体の係止部材による係止位置には予め貫通穴を設けることができる。この場合、貫通穴を通して係止部材を基材に対して熱融着する際に係止部材により発泡体を圧縮状態に保持することが好ましい。これにより、発泡体の動きを抑えることができる。

一方、本発明の発泡体の接合方法において、係止部材と基材との熱融着には超音波溶着機を用いることが好ましい。このような超音波溶着機を用いた場合、係止部材と基材を局部的に加熱することができるので、加工性と耐久性のバランスが優れている。特に、超音波溶着機は基材の構成材料及び係止部材の構成材料がポリプロピレンである場合に有効である。また、超音波溶着機の加振用ホーンとして、先端の幅方向両端部に面取りを施した加振用ホーンを採用すれば、係止部材に白化現象が生じるのを抑制し、耐久性が更に向上する。

本発明によれば、発泡体と基材との間の接合強度が高い発泡体の接合構造物が提供される。この接合構造物は、特に限定されるものではないが、洗浄用具や塗装用具等の様々な家庭用品及び工業用品を包含するものである。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態からなる発泡体の接合構造物を示すものである。図１の実施形態は、板状の基材１に対してポリウレタンフォームからなる板状の発泡体２を接合した構造である。この接合構造物において、基材１と発泡体２との接合手段には熱融着が採用されている。熱融着を可能にするために、基材１は熱可塑性樹脂から構成されている。更に、熱可塑性樹脂製の板状の係止部材３（係止板又は係止チップ）が使用されている。即ち、基材１の上に発泡体２が配置され、該発泡体２の上に係止部材３が配置され、該係止部材３が発泡体２を通して基材１に対して熱融着されている。基材１の構成材料及び係止部材３の構成材料には、同種の熱可塑性樹脂、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いると良い。

図２（ａ）〜（ｃ）は係止部材と基材との熱融着方法の一例を示すものである。先ず、図２（ａ）に示すように、発泡体２を熱可塑性樹脂製の基材１と熱可塑性樹脂製の係止部材３との間に配置する。次に、図２（ｂ）に示すように、超音波溶着機の加振用ホーン１１を係止部材３に押し付け、係止部材３を折り曲げた状態にし、その折り曲げられた先端部分を局部的に加熱する。これにより、図２（ｃ）に示すように、発泡体２を通して係止部材３と基材１とを熱融着して熱融着部４を形成する。

超音波溶着機を用いた熱融着において、加振用ホーン１１の形状は特に限定されるものではないが、例えば、図３〜図５に示すような形状のものを採用することができる。図３において、加振用ホーン１１は、先端が鋭利な直線状に加工されている。図４において、加振用ホーン１１は、先端が細長い矩形面に加工されている。図５において、加振用ホーン１１は、先端が細長い矩形面に加工され、更に先端の幅方向両端部に面取り部１１ａが形成されている。図６は、図５に示す加振用ホーンの側面図である。面取り部１１ａの曲率半径は２ｍｍ以上であると良い。加振用ホーン１１の先端の幅方向両端部に面取りを施すことにより、加振用ホーン１１に押圧に起因して係止部材３に白化現象が生じるのを抑制することができる。

超音波溶着機を用いた熱融着に際して、係止部材３の寸法及び形状は特に限定されるものではない。係止部材３の形状は、例えば、四角形とすれば良いが、その場合、角に丸みを付けると良い。これにより、係止部材３による発泡体２の損傷を軽減することができる。また、図７に示すように、基材１に対して熱融着された状態で、係止部材３の端部と発泡体２の上面とのクリアランスＣは、０．５ｍｍ≦Ｃ≦８．０ｍｍにすることが好ましい。クリアランスＣが０．５ｍｍ未満であると係止部材３による発泡体２の損傷を生じ易くなり、逆に８．０ｍｍを超えてもそれ以上の効果は得られない。発泡体２には、係止部材３を配置する部位に、図８に示すような切り欠き部２ａや図９に示すような切れ目２ｂを設けるようにしても良い。

上記接合構造物では、熱可塑性樹脂製の基材１の上に発泡体２を配置し、該発泡体２の上に熱可塑性樹脂製の係止部材３を配置し、該係止部材３を発泡体２を通して基材１に対して熱融着しているため、発泡体２がポリウレタンのフォームような熱硬化性樹脂から構成される場合であっても、その発泡体２を基材１に対して強固に固定することができる。熱融着による固定は、接着剤による固定とは異なって、分解反応による接着力の低下を生じることはなく、発泡体２と基材１との間の接合強度を長期間にわたって良好に維持することができる。また、発泡体２を基材１と係止部材３との間に挟み込んでいるので、その接合強度が極めて高いものとなる。しかも、係止部材３の溶融樹脂を利用して熱融着を行うので、基材１の強度低下を回避することができる。

図１０（ａ），（ｂ）は発泡体の接合構造物の変形例を示すものである。図１０（ａ），（ｂ）において、発泡体２は熱可塑性樹脂製の基材１と熱可塑性樹脂製の係止部材１３との間に配置され、係止部材１３が発泡体２を通して基材１に対して熱融着されている。係止部材１３は有底の円筒状をなし、その開放端側にフランジを備えている。一方、発泡体２の係止部材１３による係止位置には予め係止部材１３の形状に整合する貫通穴２ｃが形成されている。このように鋭い端部や角を持たない円筒状の係止部材１３を使用した場合、発泡体２が損傷し難くなる。

図１１（ａ），（ｂ）は円筒状の係止部材と基材との熱融着方法の一例を示すものである。先ず、図１１（ａ）に示すように、発泡体２の貫通穴２ｃに円筒状の係止部材１３を挿入し、超音波溶着機の加振用ホーン２１を係止部材１３の底部に押し付け、その底部を局部的に加熱する。加振用ホーン２１の加圧面は円形である。これにより、図１１（ｂ）に示すように、発泡体２を通して係止部材１３と基材１とを熱融着する。このとき、係止部材１３により発泡体２を圧縮状態に保持することが好ましい。ここで、発泡体２の自然状態の高さＨａと圧縮部分の高さＨｂとの比（Ｈｂ／Ｈａ）は、好ましくは０．８以下、更に好ましくは０．５以下にすると良い。

図１２（ａ），（ｂ）は発泡体の接合構造物の更なる変形例を示すものである。図１２（ａ），（ｂ）において、発泡体２は熱可塑性樹脂製の基材１と熱可塑性樹脂製の係止部材２３との間に配置され、係止部材２３が発泡体２を通して基材１に対して熱融着されている。係止部材２３は有底の円錐台形筒状をなし、その開放端側の直径が底部側の直径よりも大きくなっている。一方、発泡体２の係止部材２３による係止位置には予め係止部材２３よりも僅かに狭い貫通穴２ｄが形成されている。このように鋭い端部や角を持たない円錐台形筒状の係止部材２３を使用した場合、発泡体２が損傷し難くなる。

図１３（ａ），（ｂ）は円錐台形筒状の係止部材と基材との熱融着方法の一例を示すものである。先ず、図１３（ａ）に示すように、発泡体２の貫通穴２ｄに円錐台形筒状の係止部材２３を挿入し、超音波溶着機の加振用ホーン２１を係止部材２３の底部に押し付け、その底部を局部的に加熱する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、発泡体２を通して係止部材２３と基材１とを熱融着する。このとき、係止部材２３により発泡体２を圧縮状態に保持することが好ましい。ここでも、発泡体２の自然状態の高さＨａと圧縮部分の高さＨｂとの比（Ｈｂ／Ｈａ）は、好ましくは０．８以下、更に好ましくは０．５以下にすると良い。

従来例及び実施例に係る発泡体の接合構造物をそれぞれ製作した。従来例に係る発泡体の接合構造物は、板状のウレタンフォーム（長さ３００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚さ５０ｍｍ）をポリプロピレン製の基材（厚さ２ｍｍ）に対して接着剤を用いて接合したものである。実施例に係る発泡体の接合構造物は、板状のウレタンフォーム（長さ３００ｍｍ×幅３００ｍｍ×厚さ５０ｍｍ）をポリプロピレン製の基材（厚さ２ｍｍ）の上に配置し、超音波溶着機を用いてポリプロピレン製の板状の係止部材をウレタンフォームを通して基材に対して熱融着したものである。実施例において、発泡体には縦横各４列となる計１６箇所に熱融着部を設けた。

これら従来例及び実施例に係る発泡体の接合構造物について、ＪＩＳ Ｋ６３０１に準拠して接合部分の引裂強度を測定した。その結果を表１に示す。評価結果は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほど引裂強度が高いことを意味する。

この表１から判るように、実施例に係る発泡体の接合構造物は、従来例に比べて引裂強度が大幅に向上していた。

本発明の実施形態からなる発泡体の接合構造物を示す斜視である。 係止部材と基材との熱融着方法の一例を示し、（ａ）〜（ｃ）は各工程の断面図である。 超音波溶着機の加振用ホーンの一例を示す斜視図である。 超音波溶着機の加振用ホーンの他の例を示す斜視図である。 超音波溶着機の加振用ホーンの他の例を示す斜視図である。 図５に示す加振用ホーンの正面図である。 係止部材の熱融着構造を示す断面図である。 予め切り欠き部を設けた発泡体を示す断面図である。 予め切り目を設けた発泡体を示す断面図である。 円筒状の係止部材を用いた発泡体の接合構造物を示し、（ａ）は熱融着前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は熱融着後の状態を示す斜視図である。 円筒状の係止部材と基材との熱融着方法の一例を示し、（ａ），（ｂ）は各工程の断面図である。 円錐台形筒状の係止部材を用いた発泡体の接合構造物を示し、（ａ）は熱融着前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は熱融着後の状態を示す斜視図である。 円錐台形筒状の係止部材と基材との熱融着方法の一例を示し、（ａ），（ｂ）は各工程の断面図である。

符号の説明

１ 基材
２ 発泡体
３，１３，２３ 係止部材
４ 熱融着部
１１，２１ 超音波溶着機の加振用ホーン

Claims (12)

1. 熱可塑性樹脂製の基材の上に発泡体を配置し、該発泡体の上に熱可塑性樹脂製の係止部材を配置し、該係止部材を前記発泡体を通して前記基材に対して熱融着した発泡体の接合構造物。
2. 前記基材の構成材料及び前記係止部材の構成材料が同種の熱可塑性樹脂である請求項１に記載の発泡体の接合構造物。
3. 前記発泡体がポリウレタンフォームである請求項１又は請求項１に記載の発泡体の接合構造物。
4. 前記係止部材が板状である請求項１〜３のいずれかに記載の発泡体の接合構造物。
5. 前記係止部材が有底の筒状である請求項１〜３のいずれかに記載の発泡体の接合構造物。
6. 前記発泡体の前記係止部材による係止位置に予め貫通穴を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の発泡体の接合構造物。
7. 前記貫通穴を通して前記係止部材を前記基材に対して熱融着する際に前記係止部材により前記発泡体を圧縮状態に保持した請求項６に記載の発泡体の接合構造物。
8. 熱可塑性樹脂製の基材の上に発泡体を配置し、該発泡体の上に熱可塑性樹脂製の係止部材を配置し、該係止部材を前記発泡体を通して前記基材に対して熱融着するようにした発泡体の接合方法。
9. 前記係止部材と前記基材との熱融着に超音波溶着機を用いた請求項８に記載の発泡体の接合方法。
10. 超音波溶着機の加振用ホーンとして、先端の幅方向両端部に面取りを施した加振用ホーンを採用した請求項９に記載の発泡体の接合方法。
11. 前記基材の構成材料及び前記係止部材の構成材料が同種の熱可塑性樹脂である請求項８〜１０のいずれかに記載の発泡体の接合方法。
12. 前記発泡体がポリウレタンフォームである請求項８〜１１のいずれかに記載の発泡体の接合方法。
    

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